Java中的阻塞队列详细介绍
java中的阻塞队列
1. 什么是阻塞队列？
阻塞队列（blockingqueue）是一个支持两个附加操作的队列。这两个附加的操作是：
在队列为空时，获取元素的线程会等待队列变为非空。
当队列满时，存储元素的线程会等待队列可用。
阻塞队列常用于生产者和消费者的场景，生产者是往队列里添加元素的线程，消费者是从队列里拿元素的线程。阻塞队列就是生产者存放元素的容器，而消费者也只从容器里拿元素。
2.java里的阻塞队列
jdk中提供了七个阻塞队列:
- 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*阻塞队列。
- delayqueue：一个使用优先级队列实现的*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*阻塞队列。
- linkedblockingdeque：一个由链表结构组成的双向阻塞队列。
arrayblockingqueue
arrayblockingqueue是一个用数组实现的有界阻塞队列。此队列按照先进先出（fifo）的原则对元素进行排序。默认情况下不保证访问者公平的访问队列，所谓公平访问队列是指阻塞的所有生产者线程或消费者线程，当队列可用时，可以按照阻塞的先后顺序访问队列，即先阻塞的生产者线程，可以先往队列里插入元素，先阻塞的消费者线程，可以先从队列里获取元素。通常情况下为了保证公平性会降低吞吐量。我们可以使用以下代码创建一个公平的阻塞队列：
arrayblockingqueue fairqueue = new arrayblockingqueue(1000,true);
而对于其访问的公平性，是通过reentrantlock锁来实现的。
linkedblockingqueue
linkedblockingqueue是一个用链表实现的有界阻塞队列。此队列的默认和最大长度为integer.max_value。此队列按照先进先出的原则对元素进行排序。
priorityblockingqueue
priorityblockingqueue是一个支持优先级的*队列。默认情况下元素采取自然顺序排列，也可以通过比较器comparator来指定元素的排序规则。元素按照升序排列。
delayqueue
delayqueue是一个支持延时获取元素的*阻塞队列。队列使用priorityqueue来实现。队列中的元素必须实现delayed接口，在创建元素时可以指定多久才能从队列中获取当前元素。只有在延迟期满时才能从队列中提取元素。我们可以将delayqueue运用在以下应用场景：
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，一旦能从delayqueue中获取元素时，表示缓存有效期到了。
定时任务调度。使用delayqueue保存当天将会执行的任务和执行时间，一旦从delayqueue中获取到任务就开始执行，从比如timerqueue就是使用delayqueue实现的。
如何实现delayed接口
我们可以参考scheduledthreadpoolexecutor里scheduledfuturetask类。这个类实现了delayed接口。首先：在对象创建的时候，使用time记录前对象什么时候可以使用，代码如下：
scheduledfuturetask(runnable r, v result, long ns, long period) {
super(r, result);
this.time = ns;
this.period = period;
this.sequencenumber = sequencer.getandincrement();
}
然后使用getdelay可以查询当前元素还需要延时多久，代码如下：
public long getdelay(timeunit unit) {
return unit.convert(time - now(), timeunit.nanoseconds);
}
通过构造函数可以看出延迟时间参数ns的单位是纳秒，自己设计的时候最好使用纳秒，因为getdelay时可以指定任意单位，一旦以纳秒作为单位，而延时的时间又精确不到纳秒就麻烦了。使用时请注意当time小于当前时间时，getdelay会返回负数。
最后我们可以使用time的来指定其在队列中的顺序,例如:让延时时间最长的放在队列的末尾。
public int compareto(delayed other) {
if (other == this)
return 0;
if (other instanceof scheduledfuturetask) {
scheduledfuturetask x = (scheduledfuturetask)other;
long diff = time - x.time;
if (diff < 0)
return -1;
else if (diff > 0)
return 1;
else if (sequencenumber < x.sequencenumber)
return -1;
else
return 1;
}
long d = (getdelay(timeunit.nanoseconds)-other.getdelay(timeunit.nanoseconds));
return (d == 0) ? 0 : ((d < 0) ? -1 : 1);
}
如何实现延时阻塞队列
延时阻塞队列的实现很简单，当消费者从队列里获取元素时，如果元素没有达到延时时间，就阻塞当前线程。
long delay = first.getdelay(timeutil.nanoseconds);
if(delay<=0){
return q.poll ;//阻塞队列
}else if(leader!=null){
//leader表示一个等待从阻塞队列中取消息的线程
available.await(); //让线程进入等待信号
}else {
//当leader为null，则将当前线程设置为leader
thread thisthread = thread.currentthread();
try{
leader = thisthread;
//使用awaitnanos()方法让当前线程等待接收信号或等待delay时间
available.awaitnanos(delay);
}finally{
if(leader==thisthread){
leader=null;
}
}
}
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，否则不能继续添加元素。synchronousqueue可以看成是一个传球手，负责把生产者线程处理的数据直接传递给消费者线程。队列本身并不存储任何元素，非常适合于传递性场景,比如在一个线程中使用的数据，传递给另外一个线程使用，synchronousqueue的吞吐量高于
linkedblockingqueue 和 arrayblockingqueue。
它支持公平访问队列。默认情况下依然是非公平性的策略机制
linkedtransferqueue
linkedtransferqueue是一个由链表结构组成的*阻塞transferqueue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（消费者使用take()方法或带时间限制的poll()方法时），transfer方法可以把生产者传入的元素立刻transfer（传输）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
是用来试探下生产者传入的元素是否能直接传给消费者。如果没有消费者等待接收元素，则返回false。和transfer方法的区别是trytransfer方法无论消费者是否接收，方法立即返回。而transfer方法是必须等到消费者消费了才返回。
对于带有时间限制的trytransfer(e e, long timeout, timeunit unit)方法，则是试图把生产者传入的元素直接传给消费者，但是如果没有消费者消费该元素则等待指定的时间再返回，如果超时还没消费元素，则返回false，如果在超时时间内消费了元素，则返回true。
linkedblockingdeque
linkedblockingdeque是一个由链表结构组成的双向阻塞队列。所谓双向队列指的你可以从队列的两端插入和移出元素。双端队列因为多了一个操作队列的入口，在多线程同时入队时，也就减少了一半的竞争。相比其他的阻塞队列，linkedblockingdeque多了addfirst，addlast，offerfirst，offerlast，peekfirst，peeklast等方法，以first单词结尾的方法，表示插入，获取（peek）或移除双端队列的第一个元素。以last单词结尾的方法，表示插入，获取或移除双端队列的最后一个元素。另外插入方法add等同于addlast，移除方法remove等效于removefirst。但是take方法却等同于takefirst，不知道是不是jdk的bug，使用时还是用带有first和last后缀的方法更清楚。在初始化linkedblockingdeque时可以初始化队列的容量，用来防止其再扩容时过渡膨胀。另外双向阻塞队列可以运用在“工作窃取”模式中。
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