java线程安全之并发Queue

时间：2023-03-09 17:49:53
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java线程安全之并发Queue（十三）

2017年11月19日 23:40:23 小彬彬~ 阅读数：12092更多
所属专栏： 线程安全
 版权声明：本文为博主原创文章，未经博主允许不得转载。 https://blog.****.net/qq_33524158/article/details/78578370

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： 
java线程安全之并发Queue
java线程安全之并发Queue

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*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*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

        }

}
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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
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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*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*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();

    }

}
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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
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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;

    }

}
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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]

    }

}
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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]
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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;

    }  

}
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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();

        }  

    }

}
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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...
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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] + " -- ");

        }

    }

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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 --
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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()
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  • 98

源代码：https://github.com/hfbin/Thread_Socket/tree/master/Thread/coll013

from: https://blog.****.net/qq_33524158/article/details/78578370

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