阻塞隊列是什么意思

這篇文章主要講解了“阻塞隊列是什么意思”，文中的講解內(nèi)容簡單清晰，易于學(xué)習(xí)與理解，下面請大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來研究和學(xué)習(xí)“阻塞隊列是什么意思”吧！

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阻塞隊列：

  • ArrayBlockingQueue ：一個由數(shù)組結(jié)構(gòu)組成的有界阻塞隊列。

  • LinkedBlockingQueue ：一個由鏈表結(jié)構(gòu)組成的有界阻塞隊列。

  • LinkedBlockingDeque：一個由鏈表結(jié)構(gòu)組成的有界雙向阻塞隊列。

  • LinkedTransferQueue：一個由鏈表結(jié)構(gòu)組成的無界阻塞隊列。

  • SynchronousQueue：一個不存儲元素的阻塞隊列。

  • PriorityBlockingQueue ：一個支持優(yōu)先級排序的無界阻塞隊列。

  • DelayQueue：一個使用優(yōu)先級隊列實現(xiàn)的無界阻塞隊列。

    阻塞隊列（BlockingQueue）是一個支持兩個附加操作的隊列。這兩個附加的操作支持阻塞的插入和移除方法。
        1）支持阻塞的插入方法：意思是當(dāng)隊列滿時，隊列會阻塞插入元素的線程，直到隊列不滿。
        2）支持阻塞的移除方法：意思是在隊列為空時，獲取元素的線程會等待隊列變?yōu)榉强铡?br/>    阻塞隊列常用于生產(chǎn)者和消費者的場景，生產(chǎn)者是向隊列里添加元素的線程，消費者是從隊列里取元素的線程。阻塞隊列就是生產(chǎn)者用來存放元素、消費者用來獲取元素的容器。

    下表是阻塞隊列的部分方法：

方法\處理方式拋出異常返回特殊值一直阻塞超時退出
插入方法add(e)offer(e)put(e)offer(e,time,unit)
移除方法remove()poll()take()poll(time,unit)
檢查方法element()peek()不可用不可用

  • 拋出異常：是指當(dāng)阻塞隊列滿時候，再往隊列里插入元素，會拋出IllegalStateException(“Queue full”)異常。當(dāng)隊列為空時，從隊列里獲取元素時會拋出NoSuchElementException異常 。

  • 返回特殊值：插入方法會返回是否成功，成功則返回true。移除方法，則是從隊列里拿出一個元素，如果沒有則返回null

  • 一直阻塞：當(dāng)阻塞隊列滿時，如果生產(chǎn)者線程往隊列里put元素，隊列會一直阻塞生產(chǎn)者線程，直到拿到數(shù)據(jù)，或者響應(yīng)中斷退出。當(dāng)隊列空時，消費者線程試圖從隊列里take元素，隊列也會阻塞消費者線程，直到隊列可用。

  • 超時退出：當(dāng)阻塞隊列滿時，隊列會阻塞生產(chǎn)者線程一段時間，如果超過一定的時間，生產(chǎn)者線程就會退出。

    阻塞雙端隊列(BlockingDeque) 是一個支持從兩端插入和取出元素的阻塞隊列。如果生產(chǎn)線程需要在隊列的兩端插入，并且消費線程需要從隊列的兩端刪除，那么就可以使用它。主要用于生產(chǎn)者-消費者模式，在多線程場景下，生產(chǎn)者在隊列尾部添加元素，消費者在隊列頭部消費元素，通過這種方式將任務(wù)的生產(chǎn)和消費進行隔離。

阻塞隊列是什么意思

LinkedBlockingQueue

   LinkedBlockingQueue是一個用鏈表實現(xiàn)的有界阻塞隊列。此隊列的默認(rèn)和最大長度為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(yōu)先級的無界隊列。默認(rèn)情況下元素采取自然順序排列，也可以通過比較器comparator來指定元素的排序規(guī)則。元素按照升序排列。

ArrayListBlockingQueue 

    ArrayBlockingQueue是一個用數(shù)組實現(xiàn)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(rèn)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(chǎn)者線程或消費者線程，當(dāng)隊列可用時，可以按照阻塞的先后順序訪問隊列，即先阻塞的生產(chǎn)者線程，可以先往隊列里插入元素，先阻塞的消費者線程，可以先從隊列里獲取元素。通常情況下為了保證公平性會降低吞吐量。我們可以使用以下代碼創(chuàng)建一個公平的阻塞隊列：

ArrayBlockingQueue fairQueue = new  ArrayBlockingQueue(1000,true);

        訪問者的公平性是使用可重入鎖實現(xiàn)的，代碼如下：

public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {
   if (capacity <= 0)
      throw new IllegalArgumentException();
   this.items = new Object[capacity];
   lock = new ReentrantLock(fair);
   notEmpty = lock.newCondition();
   notFull =  lock.newCondition();
}

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(xiàn)。隊列中的元素必須實現(xiàn)Delayed接口，在創(chuàng)建元素時可以指定多久才能從隊列中獲取當(dāng)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(yīng)用場景：

  • 緩存系統(tǒng)的設(shè)計：可以用DelayQueue保存緩存元素的有效期，使用一個線程循環(huán)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(wù)調(diào)度。使用DelayQueue保存當(dāng)天將會執(zhí)行的任務(wù)和執(zhí)行時間，一旦從DelayQueue中獲取到任務(wù)就開始執(zhí)行，從比如TimerQueue就是使用DelayQueue實現(xiàn)的。

    隊列中的Delayed必須實現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)Delayed接口：
    我們可以參考ScheduledThreadPoolExecutor里ScheduledFutureTask類。這個類實現(xiàn)了Delayed接口。首先：在對象創(chuàng)建的時候，使用time記錄前對象什么時候可以使用，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();
}

    然后使用getDelay可以查詢當(dāng)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(gòu)造函數(shù)可以看出延遲時間參數(shù)ns的單位是納秒，自己設(shè)計的時候最好使用納秒，因為getDelay時可以指定任意單位，一旦以納秒作為單位，而延時的時間又精確不到納秒就麻煩了。使用時請注意當(dāng)time小于當(dāng)前時間時，getDelay會返回負(fù)數(shù)。

    如何實現(xiàn)延時隊列：

    延時隊列的實現(xiàn)很簡單，當(dāng)消費者從隊列里獲取元素時，如果元素沒有達到延時時間，就阻塞當(dāng)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(xù)添加元素。SynchronousQueue可以看成是一個傳球手，負(fù)責(zé)把生產(chǎn)者線程處理的數(shù)據(jù)直接傳遞給消費者線程。隊列本身并不存儲任何元素，非常適合于傳遞性場景,比如在一個線程中使用的數(shù)據(jù)，傳遞給另外一個線程使用，SynchronousQueue的吞吐量高于LinkedBlockingQueue 和 ArrayBlockingQueue。

LinkedTransferQueue

    LinkedTransferQueue是一個由鏈表結(jié)構(gòu)組成的無界阻塞TransferQueue隊列。相對于其他阻塞隊列LinkedTransferQueue多了tryTransfer和transfer方法。

    transfer方法：如果當(dāng)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(chǎn)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(jié)點，并等到該元素被消費者消費了才返回。transfer方法的關(guān)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(dāng)前元素的s節(jié)點作為tail節(jié)點。第二行代碼是讓CPU自旋等待消費者消費元素。因為自旋會消耗CPU，所以自旋一定的次數(shù)后使用Thread.yield()方法來暫停當(dāng)前正在執(zhí)行的線程，并執(zhí)行其他線程。

    tryTransfer方法：則是用來試探下生產(chǎn)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(qū)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。

    對于帶有時間限制的tryTransfer(E e, long timeout, TimeUnit unit)方法，則是試圖把生產(chǎn)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(nèi)消費了元素，則返回true。

LinkedBlockingDeque

    LinkedBlockingDeque是一個由鏈表結(jié)構(gòu)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。雙端隊列因為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(jié)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(jié)尾的方法，表示插入，獲取或移除雙端隊列的最后一個元素。另外插入方法add等同于addLast，移除方法remove等效于removeFirst。但是take方法卻等同于takeFirst，不知道是不是Jdk的bug，使用時還是用帶有First和Last后綴的方法更清楚。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。

感謝各位的閱讀，以上就是“阻塞隊列是什么意思”的內(nèi)容了，經(jīng)過本文的學(xué)習(xí)后，相信大家對阻塞隊列是什么意思這一問題有了更深刻的體會，具體使用情況還需要大家實踐驗證。這里是創(chuàng)新互聯(lián)，小編將為大家推送更多相關(guān)知識點的文章，歡迎關(guān)注！

當(dāng)前題目：阻塞隊列是什么意思
標(biāo)題鏈接：http://muchs.cn/article4/gesoie.html

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