類相關屬性
接口BlockingQueue<E>定義：
public interface BlockingQueue<E> extends Queue<E> {
boolean add(E e);
boolean offer(E e);
void put(E e) throws InterruptedException;
boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
E take() throws InterruptedException;
E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
int remainingCapacity();
boolean remove(Object o);
public boolean contains(Object o);
int drainTo(Collection<? super E> c);
int drainTo(Collection<? super E> c, int maxElements);
}方法摘要
在所有方法對類中存儲數據的數組做操作時，需要獲取鎖lock。
| 方法 | 摘要 |
|---|---|
| boolean offer(E e) | 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。 |
| boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit) | 將指定元素插入此隊列中，在到達指定的等待時間前等待可用的空間（如果有必要）。判斷是否有可用空間，如果沒有可用空間，等待timeout時間是否有可用空閒。 |
| boolean add(E e) | 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，則拋出 IllegalStateException。其實就是調用了offer(e)方法，如果offer(e)返回false就拋出異常 |
| void put(E e) | 將指定元素插入此隊列中，將等待可用的空間（如果有必要）。如果沒有空閒會一直等待，除非被interrupt了。 |
| E take() | 獲取並移除此隊列的頭部，在元素變得可用之前一直等待（如果有必要）。如果沒有數據就一直阻塞。 |
| E poll() | 獲取並移除此隊列的頭部，如果沒數據直接返回false，不阻塞。 |
| E poll(long timeout, TimeUnit unit) | 獲取並移除此隊列的頭部，在指定的等待時間前等待可用的元素（如果有必要）。如果沒數據就等待timeout時間，超時還沒數據返回null。類似於boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit) |
| boolean remove(Object o) | 從此隊列中移除指定元素的單個實例（如果存在）。存在並刪除返回true，否則返回false。 |
| E peek() | 獲取但不刪除此隊列的頭部，如果沒數據直接返回null，不阻塞。 |
| E element() | 調用E peek()方法，如果peek返回值不爲null，則element返回該值，否則拋出NoSuchElementException異常。 |
| boolean contains(Object o) | 如果此隊列包含指定元素，則返回 true。類似remove(Object o)操作。 |
| int drainTo(Collection c) | 移除此隊列中所有可用的元素，並將它們添加到給定 collection 中。 |
| int drainTo(Collection c, int maxElements) | 最多從此隊列中移除給定數量的可用元素，並將這些元素添加到給定 collection 中。 |
| int remainingCapacity() | 返回在無阻塞的理想情況下（不存在內存或資源約束）此隊列能接受的附加元素數量；如果沒有內部限制，則返回 Integer.MAX_VALUE。 |
BlockingQueue 方法以四種形式出現，對於不能立即滿足但可能在將來某一時刻可以滿足的操作，這四種形式的處理方式不同：第一種是拋出一個異常，第二種是返回一個特殊值（null 或 false，具體取決於操作），第三種是在操作可以成功前，無限期地阻塞當前線程，第四種是在放棄前只在給定的最大時間限制內阻塞。下表中總結了這些方法：
| . | 拋出異常 | 特殊值 | 阻塞 | 超時 |
|---|---|---|---|---|
| 插入 | add(e) | offer(e) | put(e) | offer(e, time, unit) |
| 移除 | remove() | poll() | take() | poll(time, unit) |
| 檢查 | element() | peek() | 不可用 | 不可用 |
Java裏的阻塞隊列
JDK7提供了7個阻塞隊列。分別是
- ArrayBlockingQueue ：一個由數組結構組成的有界阻塞隊列。
- LinkedBlockingQueue ：一個由鏈表結構組成的有界阻塞隊列。
- PriorityBlockingQueue ：一個支持優先級排序的無界阻塞隊列。
- DelayQueue：一個使用優先級隊列實現的無界阻塞隊列。
- SynchronousQueue：一個不存儲元素的阻塞隊列。
- LinkedTransferQueue：一個由鏈表結構組成的無界阻塞隊列。
- LinkedBlockingDeque：一個由鏈表結構組成的雙向阻塞隊列。
ArrayBlockingQueue
ArrayBlockingQueue是一個用數組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。默認情況下不保證訪問者公平的訪問隊列，所謂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，可以先往隊列裏插入元素，先阻塞的消費者線程，可以先從隊列裏獲取元素。通常情況下爲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,true);ArrayBlockingQueue源碼非常值得分析，因爲用了之前博客裏講的Lock、Condition等知識。也可參考這篇博客第八章 ArrayBlockingQueue源碼解析
代碼示例
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
public class BlockingQueueTest {
public static void main(String[] args) {
final BlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue(3);
for(int i=0;i<2;i++){
new Thread(){
public void run(){
while(true){
try {
Thread.sleep((long)(Math.random()*1000));
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "準備放數據!");
queue.put(1);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "已經放了數據，" +
"隊列目前有" + queue.size() + "個數據");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}.start();
}
new Thread(){
public void run(){
while(true){
try {
//將此處的睡眠時間分別改爲100和1000，觀察運行結果
Thread.sleep(1000);
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "準備取數據!");
queue.take();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "已經取走數據，" +
"隊列目前有" + queue.size() + "個數據");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}.start();
}
}LinkedBlockingQueue
LinkedBlockingQueue是一個用鏈表實現的有界阻塞隊列。此隊列的默認和最大長度爲Integer.MAX_VALUE。此隊列按照先進先出的原則對元素進行排序。
PriorityBlockingQueue
PriorityBlockingQueue是一個支持優先級的無界隊列。默認情況下元素採取自然順序排列，也可以通過比較器comparator來指定元素的排序規則。元素按照升序排列。
DelayQueue
DelayQueue是一個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接口，在創建元素時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運用在以下應用場景：
- 緩存系統的設計：可以用DelayQueue保存緩存元素的有效期，使用一個線程循環查詢DelayQueue，一旦能從DelayQueue中獲取元素時，表示緩存有效期到了。
- 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。
隊列中的Delayed必須實現compareTo來指定元素的順序。比如讓延時時間最長的放在隊列的末尾。實現代碼如下：
public int compareTo(Delayed other) {
if (other == this) // compare zero ONLY if same object
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);
}如何實現Delayed接口
我們可以參考ScheduledThreadPoolExecutor裏ScheduledFutureTask類。這個類實現了Delayed接口。首先：在對象創建的時候，使用time記錄前對象什麼時候可以使用，代碼如下：
ScheduledFutureTask(Runnable r, V result, long ns, long period) {
super(r, result);
this.time = ns;
this.period = period;
this.sequenceNumber = sequencer.getAndIncrement();
}然後使用getDelay可以查詢當前元素還需要延時多久，代碼如下：
public long getDelay(TimeUnit unit) {
return unit.convert(time - now(), TimeUnit.NANOSECONDS);
}通過構造函數可以看出延遲時間參數ns的單位是納秒，自己設計的時候最好使用納秒，因爲getDelay時可以指定任意單位，一旦以納秒作爲單位，而延時的時間又精確不到納秒就麻煩了。使用時請注意當time小於當前時間時，getDelay會返回負數。
如何實現延時隊列
延時隊列的實現很簡單，當消費者從隊列裏獲取元素時，如果元素沒有達到延時時間，就阻塞當前線程。
long delay = first.getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS);
if (delay <= 0)
return q.poll();
else if (leader != null)
available.await();SynchronousQueue
SynchronousQueue是一個不存儲元素的阻塞隊列。每一個put操作必須等待一個take操作，否則不能繼續添加元素。SynchronousQueue可以看成是一個傳球手，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。
LinkedTransferQueue
LinkedTransferQueue是一個由鏈表結構組成的無界阻塞TransferQueue隊列。相對於其他阻塞隊列LinkedTransferQueue多了tryTransfer和transfer方法。
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，並等到該元素被消費者消費了才返回。transfer方法的關鍵代碼如下：
Node pred = tryAppend(s, haveData);
return awaitMatch(s, pred, e, (how == TIMED), nanos);第一行代碼是試圖把存放當前元素的s節點作爲tail節點。第二行代碼是讓CPU自旋等待消費者消費元素。因爲自旋會消耗CPU，所以自旋一定的次數後使用Thread.yield()方法來暫停當前正在執行的線程，並執行其他線程。
tryTransfer方法。則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。和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 e, 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，如果在超時時間內消費了元素，則返回true。
LinkedBlockingDeque
LinkedBlockingDeque是一個由鏈表結構組成的雙向阻塞隊列。所謂雙向隊列指的你可以從隊列的兩端插入和移出元素。雙端隊列因爲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）或移除雙端隊列的第一個元素。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等效於removeFirst。但是take方法卻等同於takeFirst，不知道是不是Jdk的bug，使用時還是用帶有First和Last後綴的方法更清楚。在初始化LinkedBlockingDeque時可以初始化隊列的容量，用來防止其再擴容時過渡膨脹。另外雙向阻塞隊列可以運用在“工作竊取”模式中。