Java阻塞隊列

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一、阻塞隊列:用於保存等待執行的任務。在阻塞隊列中,線程阻塞的兩種情況: 1.當隊列中沒有數據的情況下,消費者端的所有線程都會被自動阻塞(掛起),直到有數據放入隊列。 2.當隊列中填滿數據的情況下, 生產者端的所有線程都會被自動阻塞,知道隊列中有空位置,線程被自動喚醒。 二、阻塞隊列的主要方法 拋出 ...


一、阻塞隊列:用於保存等待執行的任務。在阻塞隊列中,線程阻塞的兩種情況:

  1.當隊列中沒有數據的情況下,消費者端的所有線程都會被自動阻塞(掛起),直到有數據放入隊列。

  

  2.當隊列中填滿數據的情況下, 生產者端的所有線程都會被自動阻塞,知道隊列中有空位置,線程被自動喚醒。

  

二、阻塞隊列的主要方法

  拋出異常:拋出一個異常;

  特殊值:返回一個特殊值(null或false,視情況而定)

  阻塞:在成功操作之前,一直阻塞線程

  超時:放棄前只在最大的時間內阻塞

插入操作

  1)public abstract boolean add(E paramE):將指定元素插入此隊列中(如果立即可行且不會違反容量限制),成功是返回true,如果當前沒有可用空間,則拋出異常。如果鈣元素是null,則會拋出NullPointerException異常。

  2)public abstract boolean offer(E paramE):將指定元素插入此隊列中(如果立即可行且不會違反容量限制),成功時返回true,如果當前沒有可用的空間,則返回false。

  3)public abstract void put(E paramE)throws InterruptedExcaption:將指定元素插入隊列中,將等待可用的空間(如果有必要)。

 1 public void put(E paramE) throws InterruptedException {
 2      checkNotNull(paramE);
 3      ReentrantLock  localReentrantLock = this.lock;
 4      localReentrantLock.lockInterruptibly();
 5   try {
 6          while (this.count == this.items.length)
 7          this.notFull.await();//如果隊列滿了,則線程阻塞等待
 8          enqueue(paramE);
 9          localReentrantLock.unlock();
10      } finally {
11          localReentrantLock.unlock();
12      }
13  }

  4)offer(E o,long timeout, TimeUnit unit):可以設定等待的時間,如果指定的時間內,還不能往隊列中加入BlockingQueue,則返回失敗。

獲取數據操作

  1)poll(time):取走BlockingQueue里排在首位的對象,若不能立即取出,則可以等time參數規定的時間,取不到時返回null;

  2)poll(long timeout,TimeUnit unit):從BlockingQueue取出一個隊首的對象,如果在指定的時間內,隊列一旦有數據可取,則立即返回隊列中的數據。否則直到時間超時還沒有數據可取,返回失敗;

  3)take():取走BlockingQueue里排在首位的對象,若BlockingQueue為空,阻斷進入等待狀態直到BlockingQueue有新的數據被加入;

  4)drainTo():一次性從BlockingQueue獲取所有可用的數據對象(還可以指定獲取數據的個數),通過該方法,可以提升獲取數據效率,不需要多次分批加鎖或釋放鎖。

三、Java中的阻塞隊列

  1. ArrayBlockingQueue:由數組結構實現的有界阻塞隊列。此隊列按照先進先出(FIFO)的原則對元素進行排序。預設情況下不保證訪問者公平的訪問隊列,所謂的公平訪問隊列是指阻塞的所有生產者線程或消費者線程,當隊列可用時,可以按照阻塞的先後順序訪問隊列,即先阻塞的生產者線程,可以先往隊列里插入元素,先阻塞的消費者線程,可以先從隊列里獲取元素。通常情況下為了保證公平性會降低吞吐量。我們可以使用以下代碼創建一個公平的阻塞隊列:

    ArrayBlockingQueue fairQueue = new ArrayBlockingQueue(1000,ture);

  2. LinkedBlockingQueue:由鏈表結構組成的有界阻塞隊列。同ArrayBlockingQueue類似,此隊列按照先進先出(FIFO)的原則對元素進行排序。而LinkedBlockingQueue之所以能夠高效地處理併發數據,還因為其對於生產者端和消費者端分別採用了獨立的鎖來控制數據同步,在高併發的情況下生產者和消費者可以並行地操作隊列中的數據,以此來提高整個隊列的併發性能。吞吐量通常要高於ArrayBlockingQueue。

    LinkedBlockingQueue會預設一個類似無限大小的容量(Integer.MAX_VALUE)。

  3. PriorityBlockingQueue:支持優先順序排序的無界阻塞隊列。預設情況下元素採取升序排列。可以自定義實現compareTo() 方法來指定元素進行排序規則,或初始化PriorityBlockingQueue時,制定構造函數Comparator來對元素進行排序。需要註意的是不能保證同優先順序元素的順序。

  4. DelayQueue:使用優先順序隊列實現的支持延時獲取元素的無界阻塞隊列。隊列使用PriorityQueue來實現。隊列中的元素必須實現Delayed介面,在創建元素是可以指定多久才能從隊列中獲取當前元素。只有在延遲期滿時才能從隊列中提取元素。我們可以將DelayQueue運用在以下場景中:

    1)緩存系統的設計:可以用DelayQueue保存緩存元素的有效期,使用一個線程迴圈查詢DelayQueue,一旦能從DelayQueue中獲取元素時,表示緩存有效期到了。

    2)定時任務調度:使用DelayQueue保存當天將會執行的任務和執行時間,一旦從DelayQueue中獲取到任務就開始執行,從比如TimerQueue就是使用DelayQueue實現的。

  5. SynchronousQueue:是一個不存儲元素的阻塞隊列。每個插入操作必須等到另一個線程調用移除操作,否則插入操作一直處於阻塞狀態。SynchronousQueue負責把生產者線程處理的數據直接傳遞給消費者線程。隊列本身並不存儲任何元素,非常適合於傳遞性場景,比如在一個線程中使用的數據,傳遞給另外一個線程使用,SynchronousQueue的吞吐量高於LinkedBlockingQueue和ArrayBlockingQueue。

  6. LinkedTransferQueue:由鏈表結構組成的無界阻塞隊列。相對於其他阻塞隊列,LinkedTransferQueue多了tryTransfer和transfer方法。

    1)transfer方法:如果當前有消費者正在等待接收元素(消費者使用take方法或帶時間限制的poll方法時),transfer方法可以把生產者傳入的元素立刻transfer(傳輸)給消費者。如果沒有消費者在等待接收元素,transfer方法會將元素存放在隊列的tail節點,並等待該元素被消費者消費了才返回。

    2)tryTransfer方法:是用來試探下生產者傳入的元素是否能直接傳給消費者。如果沒有消費者等待接收元素,則返回false。tryTransfer方法與transfer方法的區別是tryTransfer方法無論消費者是否接收,方法立即返回,而transfer方法是必須等到消費者消費了才返回。對於帶有時間限制的tryTransfer(E o,long timeout,TimeUnit unit)方法,則是試圖把生產者傳入的元素直接傳給消費者,但是如果沒有消費者消費該元素則等待指定的時間再返回,如果超時還沒消費元素,則返回false,如果在超市時間內消費了元素,則返回true。

  7.LinkedBlockingDeque:由鏈表結構組成的雙向阻塞隊列。所謂雙向隊列指可以從隊列的兩端插入和移除元素。雙端隊列因為多了一個操作隊列的入口,在多線程同時入隊時,也就減少了一半的競爭。相比其他的阻塞隊列,LinkedBlockingDeque多了addFirst,addLast,offerFirst,offerLast,peekFirst,peekLast等方法,以First單詞結尾的方法,表示插入、獲取(peek)或移除雙端隊列第一個元素。以Last單詞結尾的方法,表示插入、獲取或移除雙端隊列的最後一個元素。另外插入方法add等同於addLast,移除方法remove等同於removeFirst。但是take方法卻等同於takeFirst,使用時還是用帶有First和Last尾碼的方法更清楚。在初始化LinkedBlockingQueue時可以設置容量防止其過度膨脹。另外雙向阻塞隊列可以運用在“工作竊取”模式中。


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