欢迎您访问程序员文章站本站旨在为大家提供分享程序员计算机编程知识!
您现在的位置是: 首页  >  IT编程

Java中的阻塞队列详细介绍

程序员文章站 2024-03-11 21:02:31
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...

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:

  1. arrayblockingqueue :一个由数组结构组成的有界阻塞队列。
  2. linkedblockingqueue :一个由链表结构组成的有界阻塞队列。
  3. priorityblockingqueue :一个支持优先级排序的*阻塞队列。
  4. delayqueue:一个使用优先级队列实现的*阻塞队列。
  5. synchronousqueue:一个不存储元素的阻塞队列。
  6. linkedtransferqueue:一个由链表结构组成的*阻塞队列。
  7. 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。

 感谢阅读,希望能帮助到大家,谢谢大家对本站的支持!