Java中的阻塞队列
2022-02-03 16:31
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Java中的阻塞队列
1. 什么是阻塞队列
阻塞队列相比普通队列,支持下面两个操作:
- **支持阻塞的插入方法。**队列满时,插入元素的线程可以阻塞等待队列变为不满。
- **支持阻塞的移除方法。**队列为空时,获取元素的线程可以阻塞等待队列变为非空。
阻塞队列常常用于生产者消费者场景。
在阻塞队列不可用时,这两个附加操作提供了四种处理方式:
方法/处理方式 | 抛出异常 | 返回特殊值 | 一直阻塞 | 超时退出 |
---|---|---|---|---|
插入方法 | add(e) | offer(e) | put(e) | offer(e,time,unit) |
移除方法 | remove() | poll() | take() | poll(time,unit) |
检查方法 | element() | peek() | 不可用 | 不可用 |
- 抛出异常:当队列满时再插入元素,会抛出
IllegalStateException("Queuefull")
异常;当队列空时再获取元素,会抛出NoSuchElementException
异常。 - 返回特殊值:当往队列插入元素时,插入成功返回 true。当从队列取出元素时,没有则返回 null。
- 一直阻塞:当阻塞队列满时,如果
put
元素,队列会一直阻塞生产者线程,直到队列可用或者响应中断退出。当队列空时,如果消费者线程从队列take
元素,队列会阻塞消费者线程,知道队列不为空。 - 超时退出:当阻塞队列满时,如果生产者线程往队列里插入元素,队列会阻塞生产者线程一段时间,如果超过指定时间,生产者线程就会退出。
2. Java中的阻塞队列
JDK7 提供了下列 7 个阻塞队列:
**ArrayBlockingQueue。**一个由数组结构组成的有界阻塞队列。
**LinkedBlockingQueue。**一个由链表结构组成的有界阻塞队列。
**PriorityBlockingQueue。**一个支持优先级排序的无界阻塞队列。
**DelayQueue。**一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列。
**SynchronousQueue。**一个不存储元素的阻塞队列。
**LinkedTransferQueue。**一个由链表结构组成的无界阻塞队列。
**LinkedBlockingDeque。**一个由链表结构组成的双向阻塞队列。
2.1 ArrayBlockingQueue
ArrayBlockingQueue是一个数组实现的有界阻塞队列,按照 FIFO 原则对元素排序。
默认状态下线程竞争该队列是不公平的,但可以用以下代码创建一个公平的阻塞队列:
ArrayBlockingQueue fairQueue = new ArrayBlockingQueue(1000,true);
公平性使用一个公平的可重入锁实现的。
2.2 LinkedBlockingQueue
LinkedBlockingQueue是一个链表实现的有界阻塞队列。
默认和最大长度是
Integer.MAX_VALUE,按照先入先出原则进行排序。
2.3 PriorityBlockingQueue
PriorityBlockingQueue是支持优先级的无界阻塞队列,默认情况下元素自然顺序升序排列,也可以自定义
Comparator。
2.4 DelayQueue
DelayQueue是一个支持延时获取元素的无界阻塞队列。队列使用
PriorityQueue实现,队列中的元素必须实现
Delayed接口,在创建元素时指定多久才能从队列中获取当前元素。
可以用在以下场景:
- **缓存系统的设计。**可以用
DelayQueue
保存缓存元素的有效期,使用一个线程循环查询DelayQueue
,一旦能获取元素,说明有效期到了。 - **定时任务调度。**可以用
DelayQueue
保存当前将执行的任务和执行时间,一旦从DelayQueue
获取任务就开始执行,比如TimerQueue
就是用DelayQueue
实现的。
2.5 SynchronousQueue
SynchronousQueue是一个不存储元素的阻塞队列,每一个
put操作必须等待一个
take操作,否则不能继续
put。
SynchronousQueue可以看成一个传球手,负责把生产者线程处理的数据直接传递给消费者线程。队列本身不存储元素,非常适合传递性场景,吞吐量很高。
2.6 LinkedTransferQueue
LinkedTransferQueue是一个链表结构的无界阻塞队列。相对于其他阻塞队列,
LinkedTransferQueue多了
tryTransfer()和
transfer()方法。
transfer()
方法
如果当前有消费者正在等待接收元素,比如
take()方法或
poll()方法,
transfer()方法可以把生产者传入的元素立即
transfer()给消费者。如果没有消费者在等待接收元素,
transfer()方法会将元素存放在队列的
tail节点,并等到该元素被消费者消费了才返回。
tryTransfer()
方法
tryTransfer()方用来试探生产者传入的元素能否直接传给消费者。如果没有消费者等待接收元素,就返回
false。
tryTransfer()方法无论消费者是否接收,方法立即返回,而
transfer()方法必须等待消费者消费了才返回。
2.7 LinkedBlockingDeque
LinkedBlockingDeque是一个由链表结构组成的双向阻塞队列。
由于是双向队列,多了
addFirst()、
addLast()、
offerFirst()等方法。
这个队列可以用于工作窃取模式中。
3. 阻塞队列实现原理
JDK 使用通知模式实现阻塞队列。
当生产者往满的队列里添加元素时,会阻塞住生产者。
当消费者消费了一个队列中的元素后,会通知生产者当前队列可用。
上面的两步在 JDK 中使用了 Condition 实现。
当往队列里插入元素,而队列不可用时,阻塞生产者主要通过LockSupport.park(this)
来实现。
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