并发编程之并发队列

  • 2019 年 10 月 13 日
  • 筆記

一、并发队列

在并发队列上JDK提供了两套实现，

一个是以ConcurrentLinkedQueue为代表的高性能队列非阻塞，

一个是以BlockingQueue接口为代表的阻塞队列，无论哪种都继承自Queue。

1、阻塞队列与非阻塞队

阻塞队列与普通队列的区别在于：

阻塞队列：

  • 当队列是空的时，从队列中获取元素的操作将会被阻塞，试图从空的阻塞队列中获取元素的线程将会被阻塞，直到其他的线程往空的队列插入新的元素；
  • 当队列是满时，往队列里添加元素的操作会被阻塞。试图往已满的阻塞队列中添加新元素的线程同样也会被阻塞，直到其他的线程使队列重新变得空闲起来，如从队列中移除一个或者多个元素，或者完全清空队列.

2、ConcurrentLinkedQeque

ConcurrentLinkedQueue : 是一个适用于高并发场景下的队列，通过无锁的方式，实现
了高并发状态下的高性能，通常ConcurrentLinkedQueue性能好于BlockingQueue.它
是一个基于链接节点的无界线程安全队列。该队列的元素遵循先进先出的原则。头是最先
加入的，尾是最近加入的，该队列不允许null元素。

// 非阻塞式队列，无界队列  ConcurrentLinkedDeque q = new ConcurrentLinkedDeque();      q.offer("张三");      q.offer("李四");      q.offer("王五");      //从头获取元素,删除该元素      System.out.println(q.poll());      //从头获取元素,不刪除该元素      System.out.println(q.peek());      //获取总长度      System.out.println(q.size());

3、BlockingQueue

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。

在Java中，BlockingQueue的接口位于java.util.concurrent 包中(在Java5版本开始提供)，由上面介绍的阻塞队列的特性可知，阻塞队列是线程安全的。

1）、ArrayBlockingQueue

ArrayBlockingQueue是一个有边界的阻塞队列，它的内部实现是一个数组。有边界的意思是它的容量是有限的，我们必须在其初始化的时候指定它的容量大小，容量大小一旦指定就不可改变。

ArrayBlockingQueue是以先进先出的方式存储数据，最新插入的对象是尾部，最新移出的对象是头部。下面
是一个初始化和使用ArrayBlockingQueue的例子：

<String> arrays = new ArrayBlockingQueue<String>(3);      arrays.offer("张三");       arrays.offer("李四");      arrays.offer("王五");      arrays.offer("666", 3, TimeUnit.SECONDS); // 队列满了，阻塞3秒后向下执行      System.out.println(arrays.poll()); // 张三      System.out.println(arrays.poll()); // 李四      System.out.println(arrays.poll()); // 王五      System.out.println(arrays.poll(3, TimeUnit.SECONDS)); //队列为空，阻塞3秒后结束

2）、LinkedBlockingQueue

LinkedBlockingQueue阻塞队列大小的配置是可选的，如果我们初始化时指定一个大小，它就是有边界的，如果不指定，它就是无边界的。说是无边界，其实是采用了默认大小为Integer.MAX_VALUE的容量 。它的内部实现是一个链表。

和ArrayBlockingQueue一样，LinkedBlockingQueue 也是以先进先出的方式存储数据，最新插入的对象是尾部，最新移出的对象是头部。下面是一个初始化和使LinkedBlockingQueue的例子：

LinkedBlockingQueue linkedBlockingQueue = new LinkedBlockingQueue(3);  linkedBlockingQueue.add("张三");  linkedBlockingQueue.add("李四");  linkedBlockingQueue.add("李四");  System.out.println(linkedBlockingQueue.size()); // 3

3)、PriorityBlockingQueue（有界，快满时自动扩容，看似无界）

PriorityBlockingQueue是一个没有边界的队列，它的排序规则和 java.util.PriorityQueue一样。需要注意，PriorityBlockingQueue中允许插入null对象。

所有插入PriorityBlockingQueue的对象必须实现 java.lang.Comparable接口，队列优先级的排序规则就
是按照我们对这个接口的实现来定义的。

另外，我们可以从PriorityBlockingQueue获得一个迭代器Iterator，但这个迭代器并不保证按照优先级顺序进行迭代。

4）、SynchronousQueue

SynchronousQueue队列内部仅允许容纳一个元素。当一个线程插入一个元素后会被阻塞，除非这个元素被另一个线程消费。

5）、使用BlockingQueue模拟生产者与消费者

class ProducerThread implements Runnable {      private BlockingQueue<String> blockingQueue;      private AtomicInteger count = new AtomicInteger();      private volatile boolean FLAG = true;        public ProducerThread(BlockingQueue<String> blockingQueue) {          this.blockingQueue = blockingQueue;      }        @Override      public void run() {          System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "生产者开始启动....");          while (FLAG) {              String data = count.incrementAndGet() + "";              try {                  boolean offer = blockingQueue.offer(data, 2, TimeUnit.SECONDS);                  if (offer) {                      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",生产队列" + data + "成功..");                  } else {                      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",生产队列" + data + "失败..");                  }                  Thread.sleep(1000);              } catch (Exception e) {                }          }          System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",生产者线程停止...");      }        public void stop() {          this.FLAG = false;      }    }    class ConsumerThread implements Runnable {      private volatile boolean FLAG = true;      private BlockingQueue<String> blockingQueue;        public ConsumerThread(BlockingQueue<String> blockingQueue) {          this.blockingQueue = blockingQueue;      }        @Override      public void run() {          System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "消费者开始启动....");          while (FLAG) {              try {                  String data = blockingQueue.poll(2, TimeUnit.SECONDS);                  if (data == null || data == "") {                      FLAG = false;                      System.out.println("消费者超过2秒时间未获取到消息.");                      return;                  }                  System.out.println("消费者获取到队列信息成功,data:" + data);                } catch (Exception e) {                  // TODO: handle exception              }          }      }    }    public class Test0008 {        public static void main(String[] args) {          BlockingQueue<String> blockingQueue = new LinkedBlockingQueue<>(3);          ProducerThread producerThread = new ProducerThread(blockingQueue);          ConsumerThread consumerThread = new ConsumerThread(blockingQueue);          Thread t1 = new Thread(producerThread);          Thread t2 = new Thread(consumerThread);          t1.start();          t2.start();          //10秒后 停止线程..          try {              Thread.sleep(10*1000);              producerThread.stop();          } catch (Exception e) {              // TODO: handle exception          }      }    }
  1. ArrayDeque, （数组双端队列） 
  2. PriorityQueue, （优先级队列） 
  3. ConcurrentLinkedQueue, （基于链表的并发队列） 
  4. DelayQueue, （延期阻塞队列）（阻塞队列实现了BlockingQueue接口） 
  5. ArrayBlockingQueue, 常用（基于数组的并发阻塞队列） 
  6. LinkedBlockingQueue, 常用（基于链表的FIFO阻塞队列） 
  7. LinkedBlockingDeque, （基于链表的FIFO双端阻塞队列） 
  8. PriorityBlockingQueue,常用 （带优先级的无界阻塞队列，） 
  9. SynchronousQueue常用 （并发同步阻塞队列）

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