死磕java集合之DelayQueue源碼分析-創(chuàng)新互聯(lián)

問(wèn)題

（1）DelayQueue是阻塞隊(duì)列嗎？

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（2）DelayQueue的實(shí)現(xiàn)方式？

（3）DelayQueue主要用于什么場(chǎng)景？

簡(jiǎn)介

DelayQueue是java并發(fā)包下的延時(shí)阻塞隊(duì)列，常用于實(shí)現(xiàn)定時(shí)任務(wù)。

繼承體系

死磕 java集合之DelayQueue源碼分析

從繼承體系可以看到，DelayQueue實(shí)現(xiàn)了BlockingQueue，所以它是一個(gè)阻塞隊(duì)列。

另外，DelayQueue還組合了一個(gè)叫做Delayed的接口，DelayQueue中存儲(chǔ)的所有元素必須實(shí)現(xiàn)Delayed接口。

那么，Delayed是什么呢？

public interface Delayed extends Comparable<Delayed> {

    long getDelay(TimeUnit unit);
}

Delayed是一個(gè)繼承自Comparable的接口，并且定義了一個(gè)getDelay()方法，用于表示還有多少時(shí)間到期，到期了應(yīng)返回小于等于0的數(shù)值。

源碼分析

主要屬性

// 用于控制并發(fā)的鎖
private final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
// 優(yōu)先級(jí)隊(duì)列
private final PriorityQueue<E> q = new PriorityQueue<E>();
// 用于標(biāo)記當(dāng)前是否有線程在排隊(duì)（僅用于取元素時(shí)）
private Thread leader = null;
// 條件，用于表示現(xiàn)在是否有可取的元素
private final Condition available = lock.newCondition();

從屬性我們可以知道，延時(shí)隊(duì)列主要使用優(yōu)先級(jí)隊(duì)列來(lái)實(shí)現(xiàn)，并輔以重入鎖和條件來(lái)控制并發(fā)安全。

因?yàn)閮?yōu)先級(jí)隊(duì)列是×××的，所以這里只需要一個(gè)條件就可以了。

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主要構(gòu)造方法

public DelayQueue() {}

public DelayQueue(Collection<? extends E> c) {
    this.addAll(c);
}

構(gòu)造方法比較簡(jiǎn)單，一個(gè)默認(rèn)構(gòu)造方法，一個(gè)初始化添加集合c中所有元素的構(gòu)造方法。

入隊(duì)

因?yàn)镈elayQueue是阻塞隊(duì)列，且優(yōu)先級(jí)隊(duì)列是×××的，所以入隊(duì)不會(huì)阻塞不會(huì)超時(shí)，因此它的四個(gè)入隊(duì)方法是一樣的。

public boolean add(E e) {
    return offer(e);
}

public void put(E e) {
    offer(e);
}

public boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit) {
    return offer(e);
}

public boolean offer(E e) {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();
    try {
        q.offer(e);
        if (q.peek() == e) {
            leader = null;
            available.signal();
        }
        return true;
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

入隊(duì)方法比較簡(jiǎn)單：

（1）加鎖；

（2）添加元素到優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中；

（3）如果添加的元素是堆頂元素，就把leader置為空，并喚醒等待在條件available上的線程；

（4）解鎖；

出隊(duì)

因?yàn)镈elayQueue是阻塞隊(duì)列，所以它的出隊(duì)有四個(gè)不同的方法，有拋出異常的，有阻塞的，有不阻塞的，有超時(shí)的。

我們這里主要分析兩個(gè)，poll()和take()方法。

public E poll() {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();
    try {
        E first = q.peek();
        if (first == null || first.getDelay(NANOSECONDS) > 0)
            return null;
        else
            return q.poll();
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

poll()方法比較簡(jiǎn)單：

（1）加鎖；

（2）檢查第一個(gè)元素，如果為空或者還沒(méi)到期，就返回null；

（3）如果第一個(gè)元素到期了就調(diào)用優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的poll()彈出第一個(gè)元素；

（4）解鎖。

public E take() throws InterruptedException {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lockInterruptibly();
    try {
        for (;;) {
            // 堆頂元素
            E first = q.peek();
            // 如果堆頂元素為空，說(shuō)明隊(duì)列中還沒(méi)有元素，直接阻塞等待
            if (first == null)
                available.await();
            else {
                // 堆頂元素的到期時(shí)間
                long delay = first.getDelay(NANOSECONDS);
                // 如果小于0說(shuō)明已到期，直接調(diào)用poll()方法彈出堆頂元素
                if (delay <= 0)
                    return q.poll();

                // 如果delay大于0 ，則下面要阻塞了

                // 將first置為空方便gc，因?yàn)橛锌赡芷渌貜棾隽诉@個(gè)元素
                // 這里還持有著引用不會(huì)被清理
                first = null; // don't retain ref while waiting
                // 如果前面有其它線程在等待，直接進(jìn)入等待
                if (leader != null)
                    available.await();
                else {
                    // 如果leader為null，把當(dāng)前線程賦值給它
                    Thread thisThread = Thread.currentThread();
                    leader = thisThread;
                    try {
                        // 等待delay時(shí)間后自動(dòng)醒過(guò)來(lái)
                        // 醒過(guò)來(lái)后把leader置空并重新進(jìn)入循環(huán)判斷堆頂元素是否到期
                        // 這里即使醒過(guò)來(lái)后也不一定能獲取到元素
                        // 因?yàn)橛锌赡芷渌€程先一步獲取了鎖并彈出了堆頂元素
                        // 條件鎖的喚醒分成兩步，先從Condition的隊(duì)列里出隊(duì)
                        // 再入隊(duì)到AQS的隊(duì)列中，當(dāng)其它線程調(diào)用LockSupport.unpark(t)的時(shí)候才會(huì)真正喚醒
                        // 關(guān)于AQS我們后面會(huì)講的^^
                        available.awaitNanos(delay);
                    } finally {
                        // 如果leader還是當(dāng)前線程就把它置為空，讓其它線程有機(jī)會(huì)獲取元素
                        if (leader == thisThread)
                            leader = null;
                    }
                }
            }
        }
    } finally {
        // 成功出隊(duì)后，如果leader為空且堆頂還有元素，就喚醒下一個(gè)等待的線程
        if (leader == null && q.peek() != null)
            // signal()只是把等待的線程放到AQS的隊(duì)列里面，并不是真正的喚醒
            available.signal();
        // 解鎖，這才是真正的喚醒
        lock.unlock();
    }
}

take()方法稍微要復(fù)雜一些：

（1）加鎖；

（2）判斷堆頂元素是否為空，為空的話直接阻塞等待；

（3）判斷堆頂元素是否到期，到期了直接調(diào)用優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的poll()彈出元素；

（4）沒(méi)到期，再判斷前面是否有其它線程在等待，有則直接等待；

（5）前面沒(méi)有其它線程在等待，則把自己當(dāng)作第一個(gè)線程等待delay時(shí)間后喚醒，再嘗試獲取元素；

（6）獲取到元素之后再喚醒下一個(gè)等待的線程；

（7）解鎖；

使用方法

說(shuō)了那么多，是不是還是不知道怎么用呢？那怎么能行，請(qǐng)看下面的案例：

public class DelayQueueTest {
    public static void main(String[] args) {
        DelayQueue<Message> queue = new DelayQueue<>();

        long now = System.currentTimeMillis();

        // 啟動(dòng)一個(gè)線程從隊(duì)列中取元素
        new Thread(()->{
           while (true) {
                try {
                    // 將依次打印1000，2000，5000，7000，8000
                    System.out.println(queue.take().deadline - now);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }).start();

        // 添加5個(gè)元素到隊(duì)列中
        queue.add(new Message(now + 5000));
        queue.add(new Message(now + 8000));
        queue.add(new Message(now + 2000));
        queue.add(new Message(now + 1000));
        queue.add(new Message(now + 7000));
    }
}

class Message implements Delayed {
    long deadline;

    public Message(long deadline) {
        this.deadline = deadline;
    }

    @Override
    public long getDelay(TimeUnit unit) {
        return deadline - System.currentTimeMillis();
    }

    @Override
    public int compareTo(Delayed o) {
        return (int) (getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS) - o.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS));
    }

    @Override
    public String toString() {
        return String.valueOf(deadline);
    }
}

是不是很簡(jiǎn)單，越早到期的元素越先出隊(duì)。

總結(jié)

（1）DelayQueue是阻塞隊(duì)列；

（2）DelayQueue內(nèi)部存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)使用優(yōu)先級(jí)隊(duì)列；

（3）DelayQueue使用重入鎖和條件來(lái)控制并發(fā)安全；

（4）DelayQueue常用于定時(shí)任務(wù)；

彩蛋

java中的線程池實(shí)現(xiàn)定時(shí)任務(wù)是直接用的DelayQueue嗎？

當(dāng)然不是，ScheduledThreadPoolExecutor中使用的是它自己定義的內(nèi)部類DelayedWorkQueue，其實(shí)里面的實(shí)現(xiàn)邏輯基本都是一樣的，只不過(guò)DelayedWorkQueue里面沒(méi)有使用現(xiàn)成的PriorityQueue，而是使用數(shù)組又實(shí)現(xiàn)了一遍優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，本質(zhì)上沒(méi)有什么區(qū)別。

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死磕 java集合之DelayQueue源碼分析

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本文題目：死磕java集合之DelayQueue源碼分析-創(chuàng)新互聯(lián)
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