阻塞隊(duì)列是什么意思

這篇文章主要講解了“阻塞隊(duì)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(duì)列是什么意思”吧！

阻塞隊(duì)列：

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

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

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

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

• SynchronousQueue：一個(gè)不存儲元素的阻塞隊(duì)列。

• PriorityBlockingQueue ：一個(gè)支持優(yōu)先級排序的無界阻塞隊(duì)列。

• DelayQueue：一個(gè)使用優(yōu)先級隊(duì)列實(shí)現(xiàn)的無界阻塞隊(duì)列。

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

    下表是阻塞隊(duì)列的部分方法：

• 拋出異常：是指當(dāng)阻塞隊(duì)列滿時(shí)候，再往隊(duì)列里插入元素，會拋出IllegalStateException(“Queue full”)異常。當(dāng)隊(duì)列為空時(shí)，從隊(duì)列里獲取元素時(shí)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(duì)列里拿出一個(gè)元素，如果沒有則返回null

• 一直阻塞：當(dāng)阻塞隊(duì)列滿時(shí)，如果生產(chǎn)者線程往隊(duì)列里put元素，隊(duì)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(duì)列空時(shí)，消費(fèi)者線程試圖從隊(duì)列里take元素，隊(duì)列也會阻塞消費(fèi)者線程，直到隊(duì)列可用。

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

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

LinkedBlockingQueue

   LinkedBlockingQueue是一個(gè)用鏈表實(shí)現(xiàn)的有界阻塞隊(duì)列。此隊(duì)列的默認(rèn)和最大長度為Integer.MAX_VALUE。此隊(duì)列按照先進(jìn)先出的原則對元素進(jìn)行排序。

PriorityBlockingQueue

    PriorityBlockingQueue是一個(gè)支持優(yōu)先級的無界隊(duì)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(gè)用數(shù)組實(shí)現(xiàn)的有界阻塞隊(duì)列。此隊(duì)列按照先進(jìn)先出（FIFO）的原則對元素進(jìn)行排序。默認(rèn)情況下不保證訪問者公平的訪問隊(duì)列，所謂公平訪問隊(duì)列是指阻塞的所有生產(chǎn)者線程或消費(fèi)者線程，當(dāng)隊(duì)列可用時(shí)，可以按照阻塞的先后順序訪問隊(duì)列，即先阻塞的生產(chǎn)者線程，可以先往隊(duì)列里插入元素，先阻塞的消費(fèi)者線程，可以先從隊(duì)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(gè)公平的阻塞隊(duì)列：

ArrayBlockingQueue fairQueue = new  ArrayBlockingQueue(1000,true);

        訪問者的公平性是使用可重入鎖實(shí)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(gè)支持延時(shí)獲取元素的無界阻塞隊(duì)列。隊(duì)列使用PriorityQueue來實(shí)現(xiàn)。隊(duì)列中的元素必須實(shí)現(xiàn)Delayed接口，在創(chuàng)建元素時(shí)可以指定多久才能從隊(duì)列中獲取當(dāng)前元素。只有在延遲期滿時(shí)才能從隊(duì)列中提取元素。我們可以將DelayQueue運(yùn)用在以下應(yīng)用場景：

• 緩存系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：可以用DelayQueue保存緩存元素的有效期，使用一個(gè)線程循環(huán)查詢DelayQueue，一旦能從DelayQueue中獲取元素時(shí)，表示緩存有效期到了。

• 定時(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)的。

    隊(duì)列中的Delayed必須實(shí)現(xiàn)compareTo來指定元素的順序。比如讓延時(shí)時(shí)間最長的放在隊(duì)列的末尾。實(shí)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(shí)現(xiàn)Delayed接口：
    我們可以參考ScheduledThreadPoolExecutor里ScheduledFutureTask類。這個(gè)類實(shí)現(xiàn)了Delayed接口。首先：在對象創(chuàng)建的時(shí)候，使用time記錄前對象什么時(shí)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(shí)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(shí)間參數(shù)ns的單位是納秒，自己設(shè)計(jì)的時(shí)候最好使用納秒，因?yàn)間etDelay時(shí)可以指定任意單位，一旦以納秒作為單位，而延時(shí)的時(shí)間又精確不到納秒就麻煩了。使用時(shí)請注意當(dāng)time小于當(dāng)前時(shí)間時(shí)，getDelay會返回負(fù)數(shù)。

    如何實(shí)現(xiàn)延時(shí)隊(duì)列：

    延時(shí)隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)很簡單，當(dāng)消費(fèi)者從隊(duì)列里獲取元素時(shí)，如果元素沒有達(dá)到延時(shí)時(shí)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(gè)不存儲元素的阻塞隊(duì)列。每一個(gè)put操作必須等待一個(gè)take操作，否則不能繼續(xù)添加元素。SynchronousQueue可以看成是一個(gè)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(fèi)者線程。隊(duì)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(gè)線程中使用的數(shù)據(jù)，傳遞給另外一個(gè)線程使用，SynchronousQueue的吞吐量高于LinkedBlockingQueue 和 ArrayBlockingQueue。

LinkedTransferQueue

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

    transfer方法：如果當(dāng)前有消費(fèi)者正在等待接收元素（消費(fèi)者使用take()方法或帶時(shí)間限制的poll()方法時(shí)），transfer方法可以把生產(chǎn)者傳入的元素立刻transfer（傳輸）給消費(fèi)者。如果沒有消費(fèi)者在等待接收元素，transfer方法會將元素存放在隊(duì)列的tail節(jié)點(diǎn)，并等到該元素被消費(fèi)者消費(fèi)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(diǎn)作為tail節(jié)點(diǎn)。第二行代碼是讓CPU自旋等待消費(fèi)者消費(fèi)元素。因?yàn)樽孕龝腃PU，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(fèi)者。如果沒有消費(fèi)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(fèi)者是否接收，方法立即返回。而transfer方法是必須等到消費(fèi)者消費(fèi)了才返回。

    對于帶有時(shí)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(fèi)者，但是如果沒有消費(fèi)者消費(fèi)該元素則等待指定的時(shí)間再返回，如果超時(shí)還沒消費(fèi)元素，則返回false，如果在超時(shí)時(shí)間內(nèi)消費(fèi)了元素，則返回true。

LinkedBlockingDeque

    LinkedBlockingDeque是一個(gè)由鏈表結(jié)構(gòu)組成的雙向阻塞隊(duì)列。所謂雙向隊(duì)列指的你可以從隊(duì)列的兩端插入和移出元素。雙端隊(duì)列因?yàn)槎嗔艘粋€(gè)操作隊(duì)列的入口，在多線程同時(shí)入隊(duì)時(shí)，也就減少了一半的競爭。相比其他的阻塞隊(duì)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?。╬eek）或移除雙端隊(duì)列的第一個(gè)元素。以Last單詞結(jié)尾的方法，表示插入，獲取或移除雙端隊(duì)列的最后一個(gè)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(shí)還是用帶有First和Last后綴的方法更清楚。在初始化LinkedBlockingDeque時(shí)可以初始化隊(duì)列的容量，用來防止其再擴(kuò)容時(shí)過渡膨脹。另外雙向阻塞隊(duì)列可以運(yùn)用在“工作竊取”模式中。

感謝各位的閱讀，以上就是“阻塞隊(duì)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(duì)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(shí)踐驗(yàn)證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關(guān)知識點(diǎn)的文章，歡迎關(guān)注！