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前端编程开发入门

谈谈BlockingQueue接口及其实现类

1、下面先简单介绍BlockingQueue接口的五个实现:

ArrayBlockingQueue:基于数组的阻塞队列实现,在ArrayBlockingQueue内部,维护了一个定长的数组,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者不能完全并行。长度是需要定义的,可以指定先进先出或者先进后出,因为长度是需要定义的,所以也叫有界队列,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之所以能够高效地处理并发数据,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完全并行运行。需要注意一下,它是一个无界队列

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且立刻消费。

PriorityBlockingQueue基于优先级别的阻塞队列(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,需要注意的是它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中的元素必须先实现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。

2、下面简单用一下ArrayBlockingQueue:

因为是有界队列,所以初始化的时候记得定义长度。下面只是简单说一下添加方法,其他的看一下API即可。添加方法有三个,其中add和put方法效果是一样的,而offer方法可以设置添加的延迟时间并且返回true/false表示添加成功还是失败。

ArrayBlockingQueue<String> arrayQueue = new ArrayBlockingQueue<String>(5);  //初始化一定要有长度

arrayQueue.add("a");

arrayQueue.put("b");  //add和put方法其实是一样效果的

arrayQueue.add("c"); 

arrayQueue.add("d");

arrayQueue.add("e");

boolean flag = arrayQueue.offer("f", 2, TimeUnit.SECONDS);  //TimeUnit里面有时分秒等等,意思是多少时间后添加

System.out.println(flag);  //会返回false,因为长度为5,f是添加的第六个,所以会添加失败


控制台打印结果:

false

上面的测试我们可以看到,offer方法就算超长度添加控制台也不会报错的,我们尝试一下add和put的超长添加的结果。

ArrayBlockingQueue<String> arrayQueue = new ArrayBlockingQueue<String>(5);  //初始化一定要有长度

arrayQueue.add("a");

arrayQueue.put("b");  //add和put方法其实是一样效果的

arrayQueue.add("c");  

arrayQueue.add("d");

arrayQueue.add("e");

//arrayQueue.offer("f");  //用offer超长添加不会报错

//arrayQueue.put("f");   //不会报错,但是线程一直执行不停止

arrayQueue.add("f");
下面看一下add方法超长添加的报错:

Exception in thread "main" java.lang.IllegalStateException: Queue full

	at java.util.AbstractQueue.add(Unknown Source)

	at java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue.add(Unknown Source)

	at com.demo.testQueue.TestQueue.main(TestQueue.java:22)


3、下面介绍的是LinkedBlockingQueue:

上面说到LinkedBlockingQueue是无界队列,它的初始化可以不定义长度,当然,也是可以定义长度的,当初始化定义长度时,超长添加也是像ArrayBlockingQueue一样,add方法会报错,put方法会不停止线程,offer方法会返回false。

下面主要测试添加方法和drainTo方法。添加方法和上面的ArrayBlockingQueue是一样的,而drainTo方法是将队列的一定长度的数据liush到集合中。

//LinkedBlockingQueue<String> linkQueue = new LinkedBlockingQueue<String>(2);  //初始化可带长度也可不带

LinkedBlockingQueue<String> linkQueue = new LinkedBlockingQueue<String>();

linkQueue.add("a");

linkQueue.put("b");

linkQueue.add("c");

linkQueue.offer("f");

boolean flag = linkQueue.offer("f", 2, TimeUnit.SECONDS);

List<String> list = new ArrayList<String>();

linkQueue.drainTo(list, 3);  //将队列的第一到第三个数据流失到list中,流失后的数据将不在队列里

System.out.println("被drainTo的列表的长度"+list.size());

System.out.println("被drainTo的列表的数据:");

for(String str : list){

	System.out.println(str);

}

System.out.println("drainTo方法后队列的数据:");

Iterator<String> ite = linkQueue.iterator();

while(ite.hasNext()){

	System.out.println(ite.next());

}

控制台结果:

被drainTo后的列表的长度3

被drainTo后的列表的数据:

a

b

c

drainTo方法后队列的数据:

f

f

4、接下来接续介绍的是SynchronousQueue。

下面是api的讲解,就是不能进行添加删除任务操作,只是生产了就等待消费者直接消费。

一个 blocking queue其中每个插入操作必须等待相应的删除操作由另一个线程,反之亦然。同步队列没有任何内部容量,甚至没有一个容量。你不能 peek在同步队列因为元素只存在当你试图删除它;你不能插入一个元素(使用任何方法)除非另一个线程试图删除它;你不能因为没有迭代迭代。队列的头部是第一个排队的插入线程试图添加到队列的元素;如果没有这样的排队线然后没有元素可用于去除和 poll()将返回 null。对于其他 Collection方法的目的(例如 contains),一个 SynchronousQueue作为空集合。这个队列不允许 null元素。

因为是没有缓冲的队列,生产后即刻消费,所以只是单纯的添加元素是会报错的。

SynchronousQueue<String> queue = new SynchronousQueue<String>();

queue.add("a");
控制台报错:

Exception in thread "main" java.lang.IllegalStateException: Queue full

	at java.util.AbstractQueue.add(Unknown Source)

	at com.demo.testQueue.TestQueue.main(TestQueue.java:49)


但是我们可以这么测试,线程1是获取队列的数据的,线程2是生产数据放进队列中的。

SynchronousQueue<String> queue = new SynchronousQueue<String>();//初始化不能带长度

Thread t1 = new Thread(new Runnable() {		

????@Override

????public void run() {

	try {

		String str = queue.take();   //线程1在获取,这是阻塞的,当线程2一添加,线程1就获取,因为SynchronousQueue是没有容量的

		System.out.println(str);

	} catch (InterruptedException e) {

		e.printStackTrace();

	}

????}

});

t1.start();

		

Thread t2 = new Thread(new Runnable() {	

????@Override

????public void run() {

	queue.add("abcd");  //线程2往队列里添加元素

????}

});

t2.start();

控制台结果:

获取的数据:abcd

要注意一下的就是,线程1必定要在线程2前启动,不然会报下面的错。

Exception in thread "Thread-1" java.lang.IllegalStateException: Queue full

	at java.util.AbstractQueue.add(Unknown Source)

	at com.demo.testQueue.TestQueue$2.run(TestQueue.java:67)

	at java.lang.Thread.run(Unknown Source)

因为上面的三种BlockingQueue接口的实现是比较常用的,下面将会举例说一下使用场景:

简单点讲一下上面三个队列的使用场景:

假如每天的早上7点到8点是任务的高峰期,那么我们这时候使用的当然是ArrayBlockingQueue,因为他是有界限的,当任务数满了的话就不能再添加任务了,这时候可以通知说请8点后再来。如果使用的是LinkedBlockingQueue,因为他是无界限的,只要来了任务就添加到队列里面,这会造成存放着大量的未完成任务,这个是不和实际的。但是到了8点后任务不是高峰期,就可以使用LinkedBlockingQueue了。到了10点后,基本没什么任务,来就是来一个两个,这时候可以使用SynchronousQueue。

5、再将一下基于优先级的阻塞队列PriorityBlockingQueue

因为传入队列的对象必须实现Comparable接口来实现优先级判断,所以我们看一下代码,我将会创建一个叫Task的类来实现comparable接口,有简单的id和name属性,会利用id来进行优先级的判断,id大的将会排列在后面。

public class Task implements Comparable<Task>{ //放进PriorityBlockingQueue队列的对象必须实现Comparable接口

	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) { //重写的compareTo方法就是进行优先级的排序的

		return (this.id>task.id?1:this.id<task.id?-1:0); //这里是将id大的排在队列的后面。id小的先被取出来

	}

	@Override

	public String toString() {

		return "Task [id=" + id + ", name=" + name + "]";

	}

}

再看一下测试的代码:

PriorityBlockingQueue<Task> queue = new PriorityBlockingQueue<Task>(); //因为是无界队列,初始化可以不定义长度

Task t1 = new Task();

t1.setId(1);

t1.setName("任务 1");

Task t2 = new Task();

t2.setId(4);

t2.setName("任务 2");

Task t3 = new Task();

t3.setId(3);

t3.setName("任务 3");

Task t4 = new Task();

t4.setId(6);

t4.setName("任务4");

queue.add(t1);

queue.add(t2);

queue.add(t4);

queue.add(t3);

		

System.out.println("添加元素后的队列:"+queue);

queue.take();  //取出元素

System.out.println("取出一个元素后的队列:"+queue);


控制台的打印:

添加元素后的队列:[Task [id=1, name=任务 1], Task [id=3, name=任务 3], Task [id=6, name=任务4], Task [id=4, name=任务 2]]

取出一个元素后的队列:[Task [id=3, name=任务 3], Task [id=4, name=任务 2], Task [id=6, name=任务4]]

我们可以看到:添加进去的元素都是没有进行优先级排序的,只要等取出一个元素后才会进行排序,因为是先排序了才能进行提取操作,这算是一个优化的设计吧,不然每次添加都进行优先级排序的话会影响性能。

6、终于到最后一个DelayQueue了。

上面也说到这是一个带延迟时间的Queue,其中的元素只有到了延迟时间才能被取出来。

DelayQueue中的元素必须实现Delayed接口,重写接口下的两个方法。

第一个是getDelay方法:是用来判断任务是否到了时间需要取出来了,这里是最后时间减去当前时间来判断。

第二个是compareTo是用来相互比较排序用的,像ProorityBlockingQueue一样。这里的排序一定要写对。排序用的是上面的getDelay方法,因为返回的是延迟的时间,然后时间长的一定要排到后面,不然就是最长时间的到了从队列中取出来,因为他是队列的第一个,他到时间了其他的肯定也一早就到时间了,就会全部一个一个取出来了,除了第一个的(时间最长的)延迟时间是对的,其他的都和第一个一样了。所以排序判断时,一定是时间长的放在后面。

元素Task的代码:

public class Task2 implements Delayed{

	

	private String name; //姓名

	private Integer id;  

	private long endTime; //截止时间

	private TimeUnit timeUnit = TimeUnit.SECONDS; 

	//相互比较排序用

	@Override

	public int compareTo(Delayed delayed) {

		Task2 t2 = (Task2)delayed;

		return this.getDelay(timeUnit)>t2.getDelay(timeUnit)?1:this.getDelay(timeUnit)<t2.getDelay(timeUnit)?-1:0;

	}

	

	//判断是否到了截止时间

	@Override

	public long getDelay(TimeUnit unit) {

		return endTime - System.currentTimeMillis();  //延迟时间的毫秒数减去当前时间毫秒数判断是否到了延迟时间

	}

 

	public String getName() {

		return name;

	}

 

	public void setName(String name) {

		this.name = name;

	}

 

	public Integer getId() {

		return id;

	}

 

	public void setId(Integer id) {

		this.id = id;

	
	public long getEndTime() {

		return endTime;

	}
	public void setEndTime(long endTime) {

		this.endTime = endTime;

	}
	@Override

	public String toString() {

		return "Task2 [name=" + name + ", id=" + id + ", endTime=" + endTime + "]";

	}
}

测试的代码:

DelayQueue<Task2> queue = new DelayQueue<Task2>();

Task2 t1 = new Task2();

t1.setId(1);

t1.setName("张三");

t1.setEndTime(1*1000+System.currentTimeMillis()); //记得设置的延迟时间是要延迟的毫秒数加上当前时间毫秒数

		

Task2 t2 = new Task2();

t2.setId(2);

t2.setName("李四");

t2.setEndTime(10*1000+System.currentTimeMillis());

		

Task2 t3 = new Task2();

t3.setId(3);

t3.setName("王五");

t3.setEndTime(5*1000+System.currentTimeMillis());

		

queue.add(t1);

queue.add(t2);

queue.add(t3);

		

Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {

			

	@Override

	public void run() {

		while(true){  //死循环,将队列的任务全部取出来

		????Task2 t2;

			try {

				t2 = queue.take();

				System.out.println(t2);

			} catch (InterruptedException e) {

				e.printStackTrace();

			}

		}

	}

});

thread1.start();

}


控制台结果:可以看到确实是延迟时间短的先被取出来了

Task2 [name=张三, id=1, endTime=1529478869353]

Task2 [name=王五, id=3, endTime=1529478873353]

Task2 [name=李四, id=2, endTime=1529478878353]

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