Java并发(十八):阻塞队列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。

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。

阻塞队列提供了四种处理方法:

方法\处理方式抛出异常返回特殊值一直阻塞超时退出
插入方法 add(e) offer(e) put(e) offer(e,time,unit)
移除方法 remove() poll() take() poll(time,unit)
检查方法 element() peek() 不可用 不可用


 

 

 

 

 

对于 BlockingQueue,我们的关注点应该在 put(e) 和 take() 这两个方法,因为这两个方法是带阻塞的。

  • 抛出异常:是指当阻塞队列满时候,再往队列里插入元素,会抛出IllegalStateException(“Queue full”)异常。当队列为空时,从队列里获取元素时会抛出NoSuchElementException异常 。
  • 返回特殊值:插入方法会返回是否成功,成功则返回true。移除方法,则是从队列里拿出一个元素,如果没有则返回null
  • 一直阻塞:当阻塞队列满时,如果生产者线程往队列里put元素,队列会一直阻塞生产者线程,直到拿到数据,或者响应中断退出。当队列空时,消费者线程试图从队列里take元素,队列也会阻塞消费者线程,直到队列可用。
  • 超时退出:当阻塞队列满时,队列会阻塞生产者线程一段时间,如果超过一定的时间,生产者线程就会退出。
  • ArrayBlockingQueue :一个由数组结构组成的有界阻塞队列。
  • LinkedBlockingQueue :一个由链表结构组成的有界阻塞队列。
  • PriorityBlockingQueue :一个支持优先级排序的无界阻塞队列。
  • DelayQueue:一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列。
  • SynchronousQueue:一个不存储元素的阻塞队列。
  • LinkedTransferQueue:一个由链表结构组成的无界阻塞队列。
  • LinkedBlockingDeque:一个由链表结构组成的双向阻塞队列。

一、应用

先使用Object.wait()和Object.notify()、非阻塞队列实现生产者-消费者模式:

public class Test {
    private int queueSize = 10;
    private PriorityQueue<Integer> queue = new PriorityQueue<Integer>(queueSize);

    public static void main(String[] args) {
        Test test = new Test();
        Producer producer = test.new Producer();
        Consumer consumer = test.new Consumer();

        producer.start();
        consumer.start();
    }

    class Consumer extends Thread {

        @Override
        public void run() {
            consume();
        }

        private void consume() {
            while (true) {
                synchronized (queue) {
                    while (queue.size() == 0) {
                        try {
                            System.out.println("队列空,等待数据");
                            queue.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                            queue.notify();
                        }
                    }
                    queue.poll(); // 每次移走队首元素
                    queue.notify();
                    System.out.println("从队列取走一个元素,队列剩余" + queue.size() + "个元素");
                }
            }
        }
    }

    class Producer extends Thread {

        @Override
        public void run() {
            produce();
        }

        private void produce() {
            while (true) {
                synchronized (queue) {
                    while (queue.size() == queueSize) {
                        try {
                            System.out.println("队列满,等待有空余空间");
                            queue.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                            queue.notify();
                        }
                    }
                    queue.offer(1); // 每次插入一个元素
                    queue.notify();
                    System.out.println("向队列取中插入一个元素,队列剩余空间:"
                            + (queueSize - queue.size()));
                }
            }
        }
    }
}

使用阻塞队列实现的生产者-消费者模式:

public class Test {
    private int queueSize = 10;
    private ArrayBlockingQueue<Integer> queue = new ArrayBlockingQueue<Integer>(queueSize);
     
    public static void main(String[] args)  {
        Test test = new Test();
        Producer producer = test.new Producer();
        Consumer consumer = test.new Consumer();
         
        producer.start();
        consumer.start();
    }
     
    class Consumer extends Thread{
         
        @Override
        public void run() {
            consume();
        }
         
        private void consume() {
            while(true){
                try {
                    queue.take();
                    System.out.println("从队列取走一个元素,队列剩余"+queue.size()+"个元素");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
     
    class Producer extends Thread{
         
        @Override
        public void run() {
            produce();
        }
         
        private void produce() {
            while(true){
                try {
                    queue.put(1);
                    System.out.println("向队列取中插入一个元素,队列剩余空间:"+(queueSize-queue.size()));
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

Java线程(十三):BlockingQueue-线程的阻塞队列  BlockingQueue(阻塞队列)详解 中都有应用举例可以参考

二、ArrayBlockingQueue 

ArrayBlockingQueue,一个由数组实现的有界阻塞队列。该队列采用FIFO的原则对元素进行排序添加的。

ArrayBlockingQueue 实现并发同步的原理:

读操作和写操作都需要获取到同一个 AQS 独占锁才能进行操作。

如果队列为空,这个时候读操作的线程进入到读线程队列排队,等待写线程写入新的元素,然后唤醒读线程队列的第一个等待线程。

如果队列已满,这个时候写操作的线程进入到写线程队列排队,等待读线程将队列元素移除腾出空间,然后唤醒写线程队列的第一个等待线程。

源码分析:

// 属性
// 用于存放元素的数组
final Object[] items;
// 下一次读取操作的位置
int takeIndex;
// 下一次写入操作的位置
int putIndex;
// 队列中的元素数量
int count;

// 以下几个就是控制并发用的同步器
final ReentrantLock lock;
private final Condition notEmpty;
private final Condition notFull;

put:

public void put(E e) throws InterruptedException {
    checkNotNull(e);
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lockInterruptibly();
    try {
        while (count == items.length) // 自旋 队列满时,挂起写线程
            notFull.await();
        enqueue(e);
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

private void enqueue(E x) {
    final Object[] items = this.items;
    items[putIndex] = x;
    if (++putIndex == items.length)
        putIndex = 0;
    count++;
    notEmpty.signal();// 成功插入元素后,唤醒读线程
}

take:

public E take() throws InterruptedException {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lockInterruptibly();
    try {
        while (count == 0) // 自旋 队列为空,挂起读线程
            notEmpty.await();
        return dequeue();
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

private E dequeue() {
    final Object[] items = this.items;
    @SuppressWarnings("unchecked")
    E x = (E) items[takeIndex];
    items[takeIndex] = null;
    if (++takeIndex == items.length)
        takeIndex = 0;
    count--;
    if (itrs != null)
        itrs.elementDequeued();
    notFull.signal();// 成功读出一个元素之后,唤醒写线程
    return x;
}

三、LinkedBlockingQueue

LinkedBlockingQueue底层基于单向链表实现的阻塞队列,可以当做无界队列也可以当做有界队列来使用。

    // 无界队列
    public LinkedBlockingQueue() {
        this(Integer.MAX_VALUE);
    }

    // 有界队列 
   //注意,这里会初始化一个空的头结点,那么第一个元素入队的时候,队列中就会有两个元素。读取元素时,也总是获取头节点后面的一个节点。count 的计数值不包括这个头节点。
public LinkedBlockingQueue(int capacity) { if (capacity <= 0) throw new IllegalArgumentException(); this.capacity = capacity; last = head = new Node<E>(null); } // 队列容量 private final int capacity; // 队列中的元素数量 private final AtomicInteger count = new AtomicInteger(0); // 队头 private transient Node<E> head; // 队尾 private transient Node<E> last; // take, poll, peek 等读操作的方法需要获取到这个锁 private final ReentrantLock takeLock = new ReentrantLock(); // 如果读操作的时候队列是空的,那么等待 notEmpty 条件 private final Condition notEmpty = takeLock.newCondition(); // put, offer 等写操作的方法需要获取到这个锁 private final ReentrantLock putLock = new ReentrantLock(); // 如果写操作的时候队列是满的,那么等待 notFull 条件 private final Condition notFull = putLock.newCondition();

原理:

这里用了两个锁,两个 Condition

takeLock 和 notEmpty 怎么搭配:如果要获取(take)一个元素,需要获取 takeLock 锁,但是获取了锁还不够,如果队列此时为空,还需要队列不为空(notEmpty)这个条件(Condition)。

putLock 需要和 notFull 搭配:如果要插入(put)一个元素,需要获取 putLock 锁,但是获取了锁还不够,如果队列此时已满,还需要队列不是满的(notFull)这个条件(Condition)。

put():

public void put(E e) throws InterruptedException {
    if (e == null) throw new NullPointerException();
    // 如果你纠结这里为什么是 -1,可以看看 offer 方法。这就是个标识成功、失败的标志而已。
    int c = -1;
    Node<E> node = new Node(e);
    final ReentrantLock putLock = this.putLock;
    final AtomicInteger count = this.count;
    // 必须要获取到 putLock 才可以进行插入操作
    putLock.lockInterruptibly();
    try {
        // 如果队列满,等待 notFull 的条件满足。
        while (count.get() == capacity) {
            notFull.await();
        }
        // 入队
        enqueue(node);
        // count 原子加 1,c 还是加 1 前的值
        c = count.getAndIncrement();
        // 如果这个元素入队后,还有至少一个槽可以使用,调用 notFull.signal() 唤醒等待线程。
        // 哪些线程会等待在 notFull 这个 Condition 上呢?
        if (c + 1 < capacity)
            notFull.signal();
    } finally {
        // 入队后,释放掉 putLock
        putLock.unlock();
    }
    // 如果 c == 0,那么代表队列在这个元素入队前是空的(不包括head空节点),
    // 那么所有的读线程都在等待 notEmpty 这个条件,等待唤醒,这里做一次唤醒操作
    if (c == 0)
        signalNotEmpty();
}

// 入队的代码非常简单,就是将 last 属性指向这个新元素,并且让原队尾的 next 指向这个元素
// 这里入队没有并发问题,因为只有获取到 putLock 独占锁以后,才可以进行此操作
private void enqueue(Node<E> node) {
    // assert putLock.isHeldByCurrentThread();
    // assert last.next == null;
    last = last.next = node;
}

// 元素入队后,如果需要,调用这个方法唤醒读线程来读
private void signalNotEmpty() {
    final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
    takeLock.lock();
    try {
        notEmpty.signal();
    } finally {
        takeLock.unlock();
    }
}

take():

public E take() throws InterruptedException {
    E x;
    int c = -1;
    final AtomicInteger count = this.count;
    final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;
    // 首先,需要获取到 takeLock 才能进行出队操作
    takeLock.lockInterruptibly();
    try {
        // 如果队列为空,等待 notEmpty 这个条件满足再继续执行
        while (count.get() == 0) {
            notEmpty.await();
        }
        // 出队
        x = dequeue();
        // count 进行原子减 1
        c = count.getAndDecrement();
        // 如果这次出队后,队列中至少还有一个元素,那么调用 notEmpty.signal() 唤醒其他的读线程
        if (c > 1)
            notEmpty.signal();
    } finally {
        // 出队后释放掉 takeLock
        takeLock.unlock();
    }
    // 如果 c == capacity,那么说明在这个 take 方法发生的时候,队列是满的
    // 既然出队了一个,那么意味着队列不满了,唤醒写线程去写
    if (c == capacity)
        signalNotFull();
    return x;
}
// 取队头,出队
private E dequeue() {
    // assert takeLock.isHeldByCurrentThread();
    // assert head.item == null;
    // 之前说了,头结点是空的
    Node<E> h = head;
    Node<E> first = h.next;
    h.next = h; // help GC
    // 设置这个为新的头结点
    head = first;
    E x = first.item;
    first.item = null;
    return x;
}
// 元素出队后,如果需要,调用这个方法唤醒写线程来写
private void signalNotFull() {
    final ReentrantLock putLock = this.putLock;
    putLock.lock();
    try {
        notFull.signal();
    } finally {
        putLock.unlock();
    }
}

四、PriorityBlockingQueue

PriorityBlockingQueue是一个支持优先级的无界阻塞队列。默认情况下元素采用自然顺序升序排序,当然我们也可以通过构造函数来指定Comparator来对元素进行排序。需要注意的是PriorityBlockingQueue不能保证同优先级元素的顺序。

PriorityBlockingQueue为无界队列(ArrayBlockingQueue 是有界队列,LinkedBlockingQueue 也可以通过在构造函数中传入 capacity 指定队列最大的容量,但是 PriorityBlockingQueue 只能指定初始的队列大小,后面插入元素的时候,如果空间不够的话会自动扩容)。

需要注意的是PriorityBlockingQueue并不会阻塞数据生产者,而只会在没有可消费的数据时,阻塞数据的消费者。因此使用的时候要特别注意,生产者生产数据的速度绝对不能快于消费者消费数据的速度,否则时间一长,会最终耗尽所有的可用堆内存空间。

PriorityBlockingQueue底层采用二叉堆来实现。

  关于二叉堆: 二叉堆的实现    二叉堆(一)之 图文解析 和 C语言的实现

属性:

// 构造方法中,如果不指定大小的话,默认大小为 11
private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 11;
// 数组的最大容量
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

// 这个就是存放数据的数组
private transient Object[] queue;

// 队列当前大小
private transient int size;

// 大小比较器,如果按照自然序排序,那么此属性可设置为 null
private transient Comparator<? super E> comparator;

// 并发控制所用的锁,所有的 public 且涉及到线程安全的方法,都必须先获取到这个锁
private final ReentrantLock lock;

// 这个很好理解,其实例由上面的 lock 属性创建
private final Condition notEmpty;

// 这个也是用于锁,用于数组扩容的时候,需要先获取到这个锁,才能进行扩容操作
// 其使用 CAS 操作
private transient volatile int allocationSpinLock;

// 用于串行化和反串行化的时候用,对于 PriorityBlockingQueue 我们应该比较少使用到串行化
private PriorityQueue q;

put():

    public void put(E e) {
        offer(e); // never need to block
    }

  public boolean offer(E e) {
        // 不能为null
        if (e == null)
            throw new NullPointerException();
        // 获取锁
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        int n, cap;
        Object[] array;
        // 扩容
        while ((n = size) >= (cap = (array = queue).length))
            tryGrow(array, cap);
        try {
            Comparator<? super E> cmp = comparator;
            // 根据比较器是否为null,做不同的处理
            if (cmp == null)
                siftUpComparable(n, e, array);
            else
                siftUpUsingComparator(n, e, array, cmp);
            size = n + 1;
            // 唤醒正在等待的消费者线程
            notEmpty.signal();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
        return true;
    }

take():

   public E poll() {
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
            return dequeue();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    private E dequeue() {
        // 没有元素 返回null
        int n = size - 1;
        if (n < 0)
            return null;
        else {
            Object[] array = queue;
            // 出对元素
            E result = (E) array[0];
            // 最后一个元素(也就是插入到空穴中的元素)
            E x = (E) array[n];
            array[n] = null;
            // 根据比较器释放为null,来执行不同的处理
            Comparator<? super E> cmp = comparator;
            if (cmp == null)
                siftDownComparable(0, x, array, n);
            else
                siftDownUsingComparator(0, x, array, n, cmp);
            size = n;
            return result;
        }
    }

五、DelayQueue

DelayQueue是一个支持延时获取元素的无界阻塞队列。

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。

里面的元素全部都是“可延期”的元素,列头的元素是最先“到期”的元素,如果队列里面没有元素到期,是不能从列头获取元素的,哪怕有元素也不行。也就是说只有在延迟期到时才能够从队列中取元素。

DelayQueue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。

队列中的Delayed必须实现compareTo来指定元素的顺序。比如让延时时间最长的放在队列的末尾。实现代码如下:

    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);
        }

六、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 的队列其实是虚的,其不提供任何空间(一个都没有)来存储元素。数据必须从某个写线程交给某个读线程,而不是写到某个队列中等待被消费。

当一个线程往队列中写入一个元素时,写入操作不会立即返回,需要等待另一个线程来将这个元素拿走;同理,当一个读线程做读操作的时候,同样需要一个相匹配的写线程的写操作。这里的 Synchronous 指的就是读线程和写线程需要同步,一个读线程匹配一个写线程。

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。

// 构造时,我们可以指定公平模式还是非公平模式,区别之后再说
public SynchronousQueue(boolean fair) {
    transferer = fair ? new TransferQueue() : new TransferStack();
}
abstract static class Transferer {
    // 从方法名上大概就知道,这个方法用于转移元素,从生产者手上转到消费者手上
    // 也可以被动地,消费者调用这个方法来从生产者手上取元素
    // 第一个参数 e 如果不是 null,代表场景为:将元素从生产者转移给消费者
    // 如果是 null,代表消费者等待生产者提供元素,然后返回值就是相应的生产者提供的元素
    // 第二个参数代表是否设置超时,如果设置超时,超时时间是第三个参数的值
    // 返回值如果是 null,代表超时,或者中断。具体是哪个,可以通过检测中断状态得到。
    abstract Object transfer(Object e, boolean timed, long nanos);
}

我们来看看 transfer 的设计思路,其基本算法如下:

  1. 当调用这个方法时,如果队列是空的,或者队列中的节点和当前的线程操作类型一致(如当前操作是 put 操作,而队列中的元素也都是写线程)。这种情况下,将当前线程加入到等待队列即可。
  2. 如果队列中有等待节点,而且与当前操作可以匹配(如队列中都是读操作线程,当前线程是写操作线程,反之亦然)。这种情况下,匹配等待队列的队头,出队,返回相应数据。

其实这里有个隐含的条件被满足了,队列如果不为空,肯定都是同种类型的节点,要么都是读操作,要么都是写操作。这个就要看到底是读线程积压了,还是写线程积压了。

put 方法和 take 方法:

// 写入值
public void put(E o) throws InterruptedException {
    if (o == null) throw new NullPointerException();
    if (transferer.transfer(o, false, 0) == null) { // 1
        Thread.interrupted();
        throw new InterruptedException();
    }
}
// 读取值并移除
public E take() throws InterruptedException {
    Object e = transferer.transfer(null, false, 0); // 2
    if (e != null)
        return (E)e;
    Thread.interrupted();
    throw new InterruptedException();
}

节点:

static final class QNode {
    volatile QNode next;          // 可以看出来,等待队列是单向链表
    volatile Object item;         // CAS'ed to or from null
    volatile Thread waiter;       // 将线程对象保存在这里,用于挂起和唤醒
    final boolean isData;         // 用于判断是写线程节点(isData == true),还是读线程节点

    QNode(Object item, boolean isData) {
        this.item = item;
        this.isData = isData;
    }
  ......

transfer 方法:

Object transfer(Object e, boolean timed, long nanos) {

    QNode s = null; // constructed/reused as needed
    boolean isData = (e != null);

    for (;;) {
        QNode t = tail;
        QNode h = head;
        if (t == null || h == null)         // saw uninitialized value
            continue;                       // spin

        // 队列空,或队列中节点类型和当前节点一致,
        // 即我们说的第一种情况,将节点入队即可。读者要想着这块 if 里面方法其实就是入队
        if (h == t || t.isData == isData) { // empty or same-mode
            QNode tn = t.next;
            // t != tail 说明刚刚有节点入队,continue 即可
            if (t != tail)                  // inconsistent read
                continue;
            // 有其他节点入队,但是 tail 还是指向原来的,此时设置 tail 即可
            if (tn != null) {               // lagging tail
                // 这个方法就是:如果 tail 此时为 t 的话,设置为 tn
                advanceTail(t, tn);
                continue;
            }
            // 
            if (timed && nanos <= 0)        // can't wait
                return null;
            if (s == null)
                s = new QNode(e, isData);
            // 将当前节点,插入到 tail 的后面
            if (!t.casNext(null, s))        // failed to link in
                continue;

            // 将当前节点设置为新的 tail
            advanceTail(t, s);              // swing tail and wait
            // 看到这里,请读者先往下滑到这个方法,看完了以后再回来这里,思路也就不会断了
            Object x = awaitFulfill(s, e, timed, nanos);
            // 到这里,说明之前入队的线程被唤醒了,准备往下执行
            if (x == s) {                   // wait was cancelled
                clean(t, s);
                return null;
            }

            if (!s.isOffList()) {           // not already unlinked
                advanceHead(t, s);          // unlink if head
                if (x != null)              // and forget fields
                    s.item = s;
                s.waiter = null;
            }
            return (x != null) ? x : e;

        // 这里的 else 分支就是上面说的第二种情况,有相应的读或写相匹配的情况
        } else {                            // complementary-mode
            QNode m = h.next;               // node to fulfill
            if (t != tail || m == null || h != head)
                continue;                   // inconsistent read

            Object x = m.item;
            if (isData == (x != null) ||    // m already fulfilled
                x == m ||                   // m cancelled
                !m.casItem(x, e)) {         // lost CAS
                advanceHead(h, m);          // dequeue and retry
                continue;
            }

            advanceHead(h, m);              // successfully fulfilled
            LockSupport.unpark(m.waiter);
            return (x != null) ? x : e;
        }
    }
}

void advanceTail(QNode t, QNode nt) {
    if (tail == t)
        UNSAFE.compareAndSwapObject(this, tailOffset, t, nt);
// 自旋或阻塞,直到满足条件,这个方法返回
Object awaitFulfill(QNode s, Object e, boolean timed, long nanos) {

    long lastTime = timed ? System.nanoTime() : 0;
    Thread w = Thread.currentThread();
    // 判断需要自旋的次数,
    int spins = ((head.next == s) ?
                 (timed ? maxTimedSpins : maxUntimedSpins) : 0);
    for (;;) {
        // 如果被中断了,那么取消这个节点
        if (w.isInterrupted())
            // 就是将当前节点 s 中的 item 属性设置为 this
            s.tryCancel(e);
        Object x = s.item;
        // 这里是这个方法的唯一的出口
        if (x != e)
            return x;
        // 如果需要,检测是否超时
        if (timed) {
            long now = System.nanoTime();
            nanos -= now - lastTime;
            lastTime = now;
            if (nanos <= 0) {
                s.tryCancel(e);
                continue;
            }
        }
        if (spins > 0)
            --spins;
        // 如果自旋达到了最大的次数,那么检测
        else if (s.waiter == null)
            s.waiter = w;
        // 如果自旋到了最大的次数,那么线程挂起,等待唤醒
        else if (!timed)
            LockSupport.park(this);
        // spinForTimeoutThreshold 这个之前讲 AQS 的时候其实也说过,剩余时间小于这个阈值的时候,就
        // 不要进行挂起了,自旋的性能会比较好
        else if (nanos > spinForTimeoutThreshold)
            LockSupport.parkNanos(this, nanos);
    }
}

七、LinkedTransferQueue

BlockingQueue对读或者写都是锁上整个队列,在并发量大的时候,各种锁是比较耗资源和耗时间的,而前面的SynchronousQueue虽然不会锁住整个队列,但它是一个没有容量的“队列”。

LinkedTransferQueue是ConcurrentLinkedQueue、SynchronousQueue (公平模式下)、无界的LinkedBlockingQueues等的超集。即可以像其他的BlockingQueue一样有容量又可以像SynchronousQueue一样不会锁住整个队列

LinkedTransferQueue是一个由链表结构组成的无界阻塞TransferQueue队列。相对于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。transfer方法的关键代码如下:

Node pred = tryAppend(s, haveData);
return awaitMatch(s, pred, e, (how == TIMED), nanos);

第一行代码是试图把存放当前元素的s节点作为tail节点。第二行代码是让CPU自旋等待消费者消费元素。因为自旋会消耗CPU,所以自旋一定的次数后使用Thread.yield()方法来暂停当前正在执行的线程,并执行其他线程。

tryTransfer方法:则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。

源码分析:【死磕Java并发】—–J.U.C之阻塞队列:LinkedTransferQueue

八、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。

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。

源码分析:【死磕Java并发】—–J.U.C之阻塞队列:LinkedBlockingDeque

 

 

参考资料 / 相关推荐:

解读 Java 并发队列 BlockingQueue

【死磕Java并发】—–J.U.C之阻塞队列:ArrayBlockingQueue

多线程编程:阻塞、并发队列的使用总结

阻塞队列

Java并发编程:阻塞队列

java阻塞队列

Java线程(十三):BlockingQueue-线程的阻塞队列

聊聊并发(七)——Java中的阻塞队列

BlockingQueue(阻塞队列)详解

 

关键词:队列 元素 线程 一个 阻塞 方法 null 如果 这个 private

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