并发Queue

青旅半醒 2021-12-21 01:31 241阅读 0赞

并发Queue  
       在并发的队列上jdk提供了两套实现，一个是以ConcurrentLinkedQueue为代表的高性能队列，一个是以BlockingQueue接口为代表的阻塞队列，无论在那种都继承自Queue。  
如图继承Queue共有二十四个：

ConcurrentLinkedQueue  
概念理解  
       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BlockingQueueo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讲先出的原则。头是最先加入的，尾是最近加入的，该队列不允许null元素。  
ConcurrentLinkedQueue重要方法：

Add()和offer()都是加入元素的方法（在ConcurrentLinkedQueue中，这两个方法投有任何区别）

Poll()和peek()都是取头元素节点，区别在于前者会删除元素，后者不会。

案例  
public class UseQueue\_ConcurrentLinkedQueue \{

public static void main(String\[\] args) throws Exception \{

//高性能无阻塞无界队列：ConcurrentLinkedQueue

ConcurrentLinkedQueue<String> q = new ConcurrentLinkedQueue<String>();  
q.offer("a");  
q.offer("b");  
q.offer("c");  
q.offer("d");  
q.add("e");

System.out.println("从头部取出元素，并从队列里删除 >> "+q.poll()); //a 从头部取出元素，并从队列里删除  
System.out.println("删除后的长度 >> "+q.size()); //4  
System.out.println("取出头部元素 >> "+q.peek()); //b  
System.out.println("长度 >> "+q.size()); //4  
\}  
\}

打印结果：

从头部取出元素，并从队列里删除 >> a  
删除后的长度 >> 4  
取出头部元素 >> b  
长度 >> 4

BlockingQueue接口  
       ArrayBlockingQueue：基于数组的阻塞队列实现，在ArrayBlockingQueue内部，维护了一个定长数组，以便缓存队列中的数据对象，其内部没实现读写分离，也就意味着生产和消费不能完全并行，长度是需要定义的，可以指定先讲先出或者先讲后出，也叫有界队列，在很多场合非常适合使用。

LinkedBlockingQueue：基于链表的阻塞队列，同ArrayBlockingQueue类似，其内部也维持着一个数据缓冲队列〈该队列由一个链表构成），LinkedBlockingQueue之所以能够高效的处理并发数据，是因为其内部实现采用分离锁（读写分离两个锁），从而实现生产者和消费者操作的完全并行运行,他是一个无界队列。

SynchronousQueue：一种没有缓冲的队列，生产者产生的数据直接会被消费者获取并消费。

PriorityBlockingQueue：基于优先级的阻塞队列（优先级的判断通过构造函数传入的Compator对象来决定，也就是说传入队列的对象必须实现Comparable接口），在实现PriorityBlockingQueue时，内部控制线程同步的锁采用的是公平锁，他也是一个无界的队列。

DelayQueue：带有延迟时间的Queue，其中的元素只有当其指定的延迟时间到了，才能够从队列中获取到该元素。DelayQueue中的元素必须实现Delayed接口，DelayQueue是一个没有大小限制的队列，应用场景很多，比如对缓存超时的数据进行移除、任务超时处理、空闲连接的关闭等等。

ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、synchronousQueue案例  
public class UseQueue\_ConcurrentLinkedQueue \{

public static void main(String\[\] args) throws Exception \{

System.out.println("--------------- ArrayBlockingQueue --------------");  
//阻塞队列 有长度的队列  
ArrayBlockingQueue<String> array = new ArrayBlockingQueue<String>(5);  
array.put("a");  
array.put("b");  
array.add("c");  
array.add("d");  
array.add("e");  
//array.add("f");  
//返回一个布尔类型 在3秒之内能不能加入 不能返回false  
System.out.println(array.offer("a", 3, TimeUnit.SECONDS));  
System.out.println("所有数据 >> " + array.toString());

System.out.println("--------------- LinkedBlockingQueue --------------");  
//阻塞队列 无长度限制队列  
LinkedBlockingQueue<String> q = new LinkedBlockingQueue<String>();  
q.offer("a");  
q.offer("b");  
q.offer("c");  
q.offer("d");  
q.offer("e");  
q.add("f");  
System.out.println("总长度 >> "+q.size());

for (Iterator iterator = q.iterator(); iterator.hasNext(); ) \{  
String string = (String) iterator.next();  
System.out.print(string+" -- ");  
\}  
System.out.println();  
List<String> list = new ArrayList<String>();  
//在 q 的队列中取三个元素放到list 队列里  
System.out.println(q.drainTo(list, 3));  
System.out.println("取出LinkedBlockingQueue数据放到list列表的长度为 >> "+list.size());  
for (String string : list) \{  
System.out.print(string + " -- ");  
\}  
System.out.println();  
System.out.println("--------------- SynchronousQueue --------------");

final SynchronousQueue<String> q1 = new SynchronousQueue<String>();  
Thread t1 = new Thread(new Runnable() \{  
@Override  
public void run() \{  
try \{

System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"取数据 "+ q1.take());  
\} catch (InterruptedException e) \{  
e.printStackTrace();  
\}  
\}  
\});  
t1.start();  
Thread t2 = new Thread(new Runnable() \{

@Override  
public void run() \{  
q1.add("b");  
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +"加入数据 b");  
\}  
\});  
t2.start();

\}  
\}

打印结果

\--------------- ArrayBlockingQueue --------------  
false  
所有数据 >> \[a, b, c, d, e\]  
\--------------- LinkedBlockingQueue --------------  
总长度 >> 6  
a -- b -- c -- d -- e -- f --  
3  
取出LinkedBlockingQueue数据放到list列表的长度为 >> 3  
a -- b -- c --  
\--------------- SynchronousQueue --------------  
Thread-1加入数据 b  
Thread-0取数据 b

PriorityBlockingQueue 案例  
Task.java

public class Task implements Comparable<Task>\{

private int id ;  
private String name;  
public int getId() \{  
return id;  
\}  
public void setId(int id) \{  
this.id = id;  
\}  
public String getName() \{  
return name;  
\}  
public void setName(String name) \{  
this.name = name;  
\}

@Override  
public int compareTo(Task task) \{  
return this.id > task.id ? 1 : (this.id < task.id ? -1 : 0);  
\}

public String toString()\{  
return this.id + "," + this.name;  
\}

UsePriorityBlockingQueue.java

public class UsePriorityBlockingQueue \{

public static void main(String\[\] args) throws Exception\{

PriorityBlockingQueue<Task> q2 = new PriorityBlockingQueue<Task>();

Task t1 = new Task();  
t1.setId(3);  
t1.setName("id为3");  
Task t2 = new Task();  
t2.setId(4);  
t2.setName("id为4");  
Task t3 = new Task();  
t3.setId(1);  
t3.setName("id为1");  
Task t4 = new Task();  
t4.setId(2);  
t4.setName("id为2");

//return this.id > task.id ? 1 : 0;  
q2.add(t1); //3  
q2.add(t2); //4  
q2.add(t3); //1  
q2.add(t4);

// 1 3 4  
//第一次取值时候是取最小的后面不做排序  
System.out.println("容器：" + q2); //\[1,id为1, 2,id为2, 3,id为3, 4,id为4\]  
//拿出一个元素后 又会取一个最小的出来 放在第一个  
System.out.println(q2.take().getId());  
System.out.println("容器：" + q2); //\[2,id为2, 4,id为4, 3,id为3\]  
System.out.println(q2.take().getId());  
System.out.println("容器：" + q2); //\[3,id为3, 4,id为4\]

\}  
\}

打印结果

容器：\[1,id为1, 2,id为2, 3,id为3, 4,id为4\]  
1  
容器：\[2,id为2, 4,id为4, 3,id为3\]  
2  
容器：\[3,id为3, 4,id为4\]

DelayQueue 案例  
Wangmin.java

public class Wangmin implements Delayed \{

private String name;  
//身份证  
private String id;  
//截止时间  
private long endTime;  
//定义时间工具类  
private TimeUnit timeUnit = TimeUnit.SECONDS;

public Wangmin(String name,String id,long endTime)\{  
this.name=name;  
this.id=id;  
this.endTime = endTime;  
\}

public String getName()\{  
return this.name;  
\}

public String getId()\{  
return this.id;  
\}

/\*\*  
\* 用来判断是否到了截止时间  
\*/  
@Override  
public long getDelay(TimeUnit unit) \{  
//return unit.convert(endTime, TimeUnit.MILLISECONDS) - unit.convert(System.currentTimeMillis(), TimeUnit.MILLISECONDS);  
return endTime - System.currentTimeMillis();  
\}

/\*\*  
\* 相互批较排序用  
\*/  
@Override  
public int compareTo(Delayed delayed) \{  
Wangmin w = (Wangmin)delayed;  
return this.getDelay(this.timeUnit) - w.getDelay(this.timeUnit) > 0 ? 1:0;  
\}

WangBa.java

public class WangBa implements Runnable \{

private DelayQueue<Wangmin> queue = new DelayQueue<Wangmin>();

public boolean yinye =true;

public void shangji(String name,String id,int money)\{  
Wangmin man = new Wangmin(name, id, 1000 \* money + System.currentTimeMillis());  
System.out.println("网名"+man.getName()+" 身份证"+man.getId()+"交钱"+money+"块,开始上机...");  
this.queue.add(man);  
\}

public void xiaji(Wangmin man)\{  
System.out.println("网名"+man.getName()+" 身份证"+man.getId()+"时间到下机...");  
\}

@Override  
public void run() \{  
while(yinye)\{  
try \{  
Wangmin man = queue.take();  
xiaji(man);  
\} catch (InterruptedException e) \{  
e.printStackTrace();  
\}  
\}  
\}

public static void main(String args\[\])\{  
try\{  
System.out.println("网吧开始营业");  
WangBa siyu = new WangBa();  
Thread shangwang = new Thread(siyu);  
shangwang.start();

siyu.shangji("路人甲", "123", 1);  
siyu.shangji("路人乙", "234", 10);  
siyu.shangji("路人丙", "345", 5);  
\}  
catch(Exception e)\{  
e.printStackTrace();  
\}

\}  
\}

打印结果：

网吧开始营业  
网名路人甲 身份证123交钱1块,开始上机...  
网名路人乙 身份证234交钱10块,开始上机...  
网名路人丙 身份证345交钱5块,开始上机...  
网名路人甲 身份证123时间到下机...  
网名路人丙 身份证345时间到下机...  
网名路人乙 身份证234时间到下机...

BlockingQueue 接口的重要方法  
放入数据：  
offer(anObject):表示如果可能的话，将anObject加到BlockingQueue里，即如果BlockingQueue 可以容纳，则返回true，否则返回false．（本方法不阻蹇当前执行方法的线程）

offer(E 0，long timeout, TimeUnit unit),可以设定等待的时间，如果在指定的时间内，还不能往队列中加入BlockingQueue,则返回失败。

put(anObject):把anObject加到BlockingQueue里，如果BlockQueue没有空间，则调用此方法的线程被阻断直到BlokingQue里面有空间再继续，

获取数据：  
poll(time)：取走BlokingQueue里排在首位的对象，若不能立即取出，则可以等time参数规定的时间，取不到时返回null

poll(long timeout, Timeunit unit):从blockingQueue取出一个队首的对象，如果在指定时间内，队列一旦有数据可取，则立即返回队列中的数据。否则知道时间超时还没有数据可取，返回失败。

take()：取走引BlockinQueue里排在首位的对象，若BlockingQueue为空，阻断进入等待状态直到BlckingQueue有新的数据被加入；

drainTo()：一次性从BlockingQueue获取所有可用的数据对象（还可以指定获取数据的个数），通过该方法，可以提升获取数据效率：不需要多次分批加锁或释放锁。

Deque 双端队列  
Deque允许在队列的头部活尾部进行出队和入队操作。

LinkedBlockingDeque是一个线程安全的双端队列实现，可以说他是最为复杂的一种队列，在内部实现维护了前端和后端节点，但是其没有实现读写分离，因此同一时间只能有一个线程对其讲行操作。在高并发中性能要远低于其他引。BlockingQueue。更要低于ConcurrentLinkedQueue，布jdk早期有一个非线程安全的Deque就是ArryDeque了， java6里添加了LinkBlockingDeque来弥补多线程场景下线程安全的问题。

案例  
public class UseDeque \{

public static void main(String\[\] args) \{

LinkedBlockingDeque<String> dq = new LinkedBlockingDeque<String>(10);  
dq.addFirst("a");  
dq.addFirst("b");  
dq.addFirst("c");  
dq.addFirst("d");  
dq.addFirst("e");  
dq.addLast("f");  
dq.addLast("g");  
dq.addLast("h");  
dq.addLast("i");  
dq.addLast("j");  
//dq.offerFirst("k");  
System.out.println("查看头元素：" + dq.peekFirst());  
System.out.println("获取尾元素：" + dq.pollLast());  
Object \[\] objs = dq.toArray();  
for (int i = 0; i < objs.length; i++) \{  
System.out.print(objs\[i\] + " -- ");  
\}

\}  
\}  
  
打印结果：

查看头元素：e  
获取尾元素：j  
e -- d -- c -- b -- a -- f -- g -- h -- i --  
  
LinkedBlockingDeque 方法说明  
// 创建一个容量为 Integer.MAX\_VALUE 的 LinkedBlockingDeque。  
LinkedBlockingDeque()  
// 创建一个容量为 Integer.MAX\_VALUE 的 LinkedBlockingDeque，最初包含给定 collection 的元素，以该 collection 迭代器的遍历顺序添加。  
LinkedBlockingDeque(Collection<? extends E> c)  
// 创建一个具有给定（固定）容量的 LinkedBlockingDeque。  
LinkedBlockingDeque(int capacity)  
// 在不违反容量限制的情况下，将指定的元素插入此双端队列的末尾。  
boolean add(E e)  
// 如果立即可行且不违反容量限制，则将指定的元素插入此双端队列的开头；如果当前没有空间可用，则抛出 IllegalStateException。  
void addFirst(E e)  
// 如果立即可行且不违反容量限制，则将指定的元素插入此双端队列的末尾；如果当前没有空间可用，则抛出 IllegalStateException。  
void addLast(E e)  
// 以原子方式 (atomically) 从此双端队列移除所有元素。  
void clear()  
// 如果此双端队列包含指定的元素，则返回 true。  
boolean contains(Object o)  
// 返回在此双端队列的元素上以逆向连续顺序进行迭代的迭代器。  
Iterator<E> descendingIterator()  
// 移除此队列中所有可用的元素，并将它们添加到给定 collection 中。  
int drainTo(Collection<? super E> c)  
// 最多从此队列中移除给定数量的可用元素，并将这些元素添加到给定 collection 中。  
int drainTo(Collection<? super E> c, int maxElements)  
// 获取但不移除此双端队列表示的队列的头部。  
E element()  
// 获取，但不移除此双端队列的第一个元素。  
E getFirst()  
// 获取，但不移除此双端队列的最后一个元素。  
E getLast()  
// 返回在此双端队列元素上以恰当顺序进行迭代的迭代器。  
Iterator<E> iterator()  
// 如果立即可行且不违反容量限制，则将指定的元素插入此双端队列表示的队列中（即此双端队列的尾部），并在成功时返回 true；如果当前没有空间可用，则返回 false。  
boolean offer(E e)  
// 将指定的元素插入此双端队列表示的队列中（即此双端队列的尾部），必要时将在指定的等待时间内一直等待可用空间。  
boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)  
// 如果立即可行且不违反容量限制，则将指定的元素插入此双端队列的开头，并在成功时返回 true；如果当前没有空间可用，则返回 false。  
boolean offerFirst(E e)  
// 将指定的元素插入此双端队列的开头，必要时将在指定的等待时间内等待可用空间。  
boolean offerFirst(E e, long timeout, TimeUnit unit)  
// 如果立即可行且不违反容量限制，则将指定的元素插入此双端队列的末尾，并在成功时返回 true；如果当前没有空间可用，则返回 false。  
boolean offerLast(E e)  
// 将指定的元素插入此双端队列的末尾，必要时将在指定的等待时间内等待可用空间。  
boolean offerLast(E e, long timeout, TimeUnit unit)  
// 获取但不移除此双端队列表示的队列的头部（即此双端队列的第一个元素）；如果此双端队列为空，则返回 null。  
E peek()  
// 获取，但不移除此双端队列的第一个元素；如果此双端队列为空，则返回 null。  
E peekFirst()  
// 获取，但不移除此双端队列的最后一个元素；如果此双端队列为空，则返回 null。  
E peekLast()  
// 获取并移除此双端队列表示的队列的头部（即此双端队列的第一个元素）；如果此双端队列为空，则返回 null。  
E poll()  
// 获取并移除此双端队列表示的队列的头部（即此双端队列的第一个元素），如有必要将在指定的等待时间内等待可用元素。  
E poll(long timeout, TimeUnit unit)  
// 获取并移除此双端队列的第一个元素；如果此双端队列为空，则返回 null。  
E pollFirst()  
// 获取并移除此双端队列的第一个元素，必要时将在指定的等待时间等待可用元素。  
E pollFirst(long timeout, TimeUnit unit)  
// 获取并移除此双端队列的最后一个元素；如果此双端队列为空，则返回 null。  
E pollLast()  
// 获取并移除此双端队列的最后一个元素，必要时将在指定的等待时间内等待可用元素。  
E pollLast(long timeout, TimeUnit unit)  
// 从此双端队列所表示的堆栈中弹出一个元素。  
E pop()  
// 将元素推入此双端队列表示的栈。  
void push(E e)  
// 将指定的元素插入此双端队列表示的队列中（即此双端队列的尾部），必要时将一直等待可用空间。  
void put(E e)  
// 将指定的元素插入此双端队列的开头，必要时将一直等待可用空间。  
void putFirst(E e)  
// 将指定的元素插入此双端队列的末尾，必要时将一直等待可用空间。  
void putLast(E e)  
// 返回理想情况下（没有内存和资源约束）此双端队列可不受阻塞地接受的额外元素数。  
int remainingCapacity()  
// 获取并移除此双端队列表示的队列的头部。  
E remove()  
// 从此双端队列移除第一次出现的指定元素。  
boolean remove(Object o)  
// 获取并移除此双端队列第一个元素。  
E removeFirst()  
// 从此双端队列移除第一次出现的指定元素。  
boolean removeFirstOccurrence(Object o)  
// 获取并移除此双端队列的最后一个元素。  
E removeLast()  
// 从此双端队列移除最后一次出现的指定元素。  
boolean removeLastOccurrence(Object o)  
// 返回此双端队列中的元素数。  
int size()  
// 获取并移除此双端队列表示的队列的头部（即此双端队列的第一个元素），必要时将一直等待可用元素。  
E take()  
// 获取并移除此双端队列的第一个元素，必要时将一直等待可用元素。  
E takeFirst()  
// 获取并移除此双端队列的最后一个元素，必要时将一直等待可用元素。  
E takeLast()  
// 返回以恰当顺序（从第一个元素到最后一个元素）包含此双端队列所有元素的数组。  
Object\[\] toArray()  
// 返回以恰当顺序包含此双端队列所有元素的数组；返回数组的运行时类型是指定数组的运行时类型。  
<T> T\[\] toArray(T\[\] a)  
// 返回此 collection 的字符串表示形式。  
String toString()  
  
源代码：https://github.com/hfbin/Thread\_Socket/tree/master/Thread/coll013  
\---------------------  
作者：小彬彬~  
来源：CSDN  
原文：https://blog.csdn.net/qq\_33524158/article/details/78578370  
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转载于:https://www.cnblogs.com/chbin/p/10640104.html