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佛山网站优化运营/2021最新免费的推广引流软件

news 文章来源：https://blog.csdn.net/Tc_lccc/article/details/132782170 2025/2/24 22:23:13

佛山网站优化运营,2021最新免费的推广引流软件,广州市白云区最新消息,三维设计官网上篇文章12分钟从Executor自顶向下彻底搞懂线程池中我们聊到线程池，而线程池中包含阻塞队列这篇文章我们主要聊聊并发包下的阻塞队列阻塞队列什么是队列？ 队列的实现可以是数组、也可以是链表，可以实现先进先出的顺序队列，…

上篇文章12分钟从Executor自顶向下彻底搞懂线程池中我们聊到线程池，而线程池中包含阻塞队列

这篇文章我们主要聊聊并发包下的阻塞队列

阻塞队列

什么是队列？

队列的实现可以是数组、也可以是链表，可以实现先进先出的顺序队列，也可以实现先进后出的栈队列

那什么是阻塞队列？

在经典的生产者/消费者模型中，生产者们将生产的元素放入队列，而消费者们从队列获取元素消费

当队列已满，我们会手动阻塞生产者，直到消费者消费再来手动唤醒生产者

当队列为空，我们会手动阻塞消费者，直到生产者生产再来手动唤醒消费者

在这个过程中由于使用的是普通队列，阻塞与唤醒我们需要手动操作，保证同步机制

阻塞队列在队列的基础上提供等待/通知功能，用于线程间的通信，避免线程竞争死锁

生产者可以看成往线程池添加任务的用户线程，而消费者则是线程池中的工作线程

当阻塞队列为空时阻塞工作线程获取任务，当阻塞队列已满时阻塞用户线程向队列中添加任务（创建非核心线程、拒绝策略）

API

阻塞队列提供一下四种添加、删除元素的API，我们常用阻塞等待/超时阻塞等待的API

方法名	抛出异常	返回true/false	阻塞等待	超时阻塞等待
添加	add(Object)	offer(Object)	put(Object)	offer(Object,long,TimeUnit)
删除	remove()	poll()	take()	poll(long,TimeUnit)

抛出异常:队满add 抛出异常IllegalStateExceptio ；队空remove 抛出异常NoSuchElementException
返回值: 队满offer返回false，队空poll返回null
阻塞等待: 队满时put会阻塞线程或队空时take会阻塞线程
超时阻塞等待: 在阻塞等待、返回true/false的基础上增加超时等待（等待一定时间就退出等待）

阻塞队列的公平与不公平

什么是阻塞队列的公平与不公平？

当阻塞队列已满时，如果是公平的，那么阻塞的线程根据先后顺序从阻塞队列中获取元素，不公平则反之

实际上阻塞队列的公平与不公平，要看实现阻塞队列的锁是否公平

阻塞队列一般默认使用不公平锁

ArrayBlockingQueue

从名称看就可以知道它是数组实现的，我们先来看看它有哪些重要字段

 public class ArrayBlockingQueue<E> extends AbstractQueue<E>implements BlockingQueue<E>, java.io.Serializable {//存储元素的数组final Object[] items;//记录元素出队的下标int takeIndex;//记录元素入队的下标int putIndex;//队列中元素数量int count；//使用的锁final ReentrantLock lock;//出队的等待队列，作用于消费者private final Condition notEmpty;//入队的等待队列，作用于生产者private final Condition notFull;}

看完关键字段，我们可以知道：ArrayBlockingQueue由数组实现、使用并发包下的可重入锁、同时用两个等待队列作用生产者和消费者

为什么出队、入队要使用两个下标记录？

实际上它是一个环形数组，在初始化后就不改变大小，后续查看源码自然能明白它是环形数组

在构造器中、初始化数组容量，同时使用非公平锁

     public ArrayBlockingQueue(int capacity) {this(capacity, false);}public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {if (capacity <= 0)throw new IllegalArgumentException();this.items = new Object[capacity];//锁是否为公平锁lock = new ReentrantLock(fair);notEmpty = lock.newCondition();notFull =  lock.newCondition();}

ArrayBlockingQueue的公平性是由ReentrantLock来实现的

我们来看看入队方法，入队方法都大同小异，我们本文都查看支持超时、响应中断的方法

     public boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)throws InterruptedException {//检查空指针checkNotNull(e);//获取超时纳秒long nanos = unit.toNanos(timeout);final ReentrantLock lock = this.lock;//加锁lock.lockInterruptibly();try {//如果队列已满while (count == items.length) {//超时则返回入队失败，否则生产者等待对应时间if (nanos <= 0)return false;nanos = notFull.awaitNanos(nanos);}//入队enqueue(e);return true;} finally {//解锁lock.unlock();}}

直接使用可重入锁保证同步，如果队列已满，在此期间判断是否超时，超时就返回，未超时等待；未满则执行入队方法

     private void enqueue(E x) {//队列数组final Object[] items = this.items;//往入队下标添加值items[putIndex] = x;//自增入队下标 如果已满则定位到0 成环if (++putIndex == items.length)putIndex = 0;//统计数量增加count++;//唤醒消费者notEmpty.signal();}

在入队中，主要是添加元素、修改下次添加的下标、统计队列中的元素和唤醒消费者，到这以及可以说明它的实现是环形数组

ArrayBlockingQueue由环形数组实现的阻塞队列，固定容量不支持动态扩容，使用非公平的ReertrantLock保证入队、出队操作的原子性，使用两个等待队列存储等待的生产者、消费者，适用于在并发量不大的场景

LinkedBlockingQueue

LinkedBlockingQueue从名称上来看，就是使用链表实现的，我们来看看它的关键字段

 public class LinkedBlockingQueue<E> extends AbstractQueue<E>implements BlockingQueue<E>, java.io.Serializable {//节点static class Node<E> {//存储元素E item;//下一个节点Node<E> next;//...}//容量上限private final int capacity;//队列元素数量private final AtomicInteger count = new AtomicInteger();//头节点transient Node<E> head;//尾节点private transient Node<E> last;//出队的锁private final ReentrantLock takeLock = new ReentrantLock();//出队的等待队列private final Condition notEmpty = takeLock.newCondition();//入队的锁private final ReentrantLock putLock = new ReentrantLock();//入队的等待队列private final Condition notFull = putLock.newCondition();}

从字段中，我们可以知道它使用单向链表的节点、且用首尾节点记录队列的头尾，并且它使用两把锁、两个等待队列作用于队头、尾，与ArrayBlockingQueue相比能够增加并发性能

有个奇怪的地方：都使用锁了，为什么记录元素数量count却使用原子类呢？

这是由于两把锁，作用于入队与出队的操作，入队与出队也可能并发执行，同时修改count，因此要使用原子类保证修改数量的原子性

在初始化时需要设置容量大小，否则会设置成无界的阻塞队列（容量是int的最大值）

当消费速度小于生产速度时，阻塞队列中会堆积任务，进而导致容易发生OOM

     public LinkedBlockingQueue() {this(Integer.MAX_VALUE);}public LinkedBlockingQueue(int capacity) {if (capacity <= 0) throw new IllegalArgumentException();this.capacity = capacity;last = head = new Node<E>(null);}

来看看入队操作

     public boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)throws InterruptedException {if (e == null) throw new NullPointerException();long nanos = unit.toNanos(timeout);int c = -1;final ReentrantLock putLock = this.putLock;final AtomicInteger count = this.count;//加锁putLock.lockInterruptibly();try {//队列已满，超时返回，不超时等待while (count.get() == capacity) {if (nanos <= 0)return false;nanos = notFull.awaitNanos(nanos);}//入队enqueue(new Node<E>(e));// 先获取再自增 c中存储的是旧值c = count.getAndIncrement();//如果数量没满 唤醒生产者if (c + 1 < capacity)notFull.signal();} finally {//解锁putLock.unlock();}//如果旧值为0 说明该入队操作前是空队列，唤醒消费者来消费if (c == 0)signalNotEmpty();return true;}

入队操作类似，只不过在此期间如果数量没满唤醒生产者生产，队列为空唤醒消费者来消费，从而增加并发性能

入队只是改变指向关系

     //添加节点到末尾private void enqueue(Node<E> node) {last = last.next = node;}

唤醒消费者前要先获取锁

     private void signalNotEmpty() {final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;takeLock.lock();try {notEmpty.signal();} finally {takeLock.unlock();}}

出队操作也类似

     public E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {E x = null;int c = -1;long nanos = unit.toNanos(timeout);final AtomicInteger count = this.count;final ReentrantLock takeLock = this.takeLock;takeLock.lockInterruptibly();try {// 队列为空 超时返回空，否则等待while (count.get() == 0) {if (nanos <= 0)return null;nanos = notEmpty.awaitNanos(nanos);}//出队x = dequeue();c = count.getAndDecrement();//队列中除了当前线程获取的任务外还有任务就去唤醒消费者消费if (c > 1)notEmpty.signal();} finally {takeLock.unlock();}//原来队列已满就去唤醒生产者 生产if (c == capacity)signalNotFull();return x;}

LinkedBlockingQueue与ArrayBlockingQueue的出队、入队实现类似

只不过LinkedBlockingQueue入队、出队获取/释放的锁不同，并且在此过程中不同情况回去唤醒其他的生产者、消费者从而进一步提升并发性能

LinkedBlockingQueue 由单向链表实现的阻塞队列，记录首尾节点；默认是无界、非公平的阻塞队列（初始化时要设置容量否则可能OOM），使用两把锁、两个等待队列，分别操作入队、出队的生产者、消费者，在入队、出队操作期间不同情况还会去唤醒生产者、消费者，从而进一步提升并发性能，适用于并发量大的场景

LinkedBlockingDeque

LinkedBlockingDeque实现与LinkedBlockQueue类似，在LinkedBlockQueue的基础上支持从队头、队尾进行添加、删除的操作

它是一个双向链表，带有一系列First、Last的方法，比如：offerLast、pollFirst

由于LinkedBlockingDeque双向，常用其来实现工作窃取算法，从而减少线程的竞争

什么是工作窃取算法？

比如多线程处理多个阻塞队列的任务（一一对应），每个线程从队头获取任务处理，当A线程处理完它负责的阻塞队列所有任务时，它再从队尾窃取其他阻塞队列的任务，这样就不会发生竞争，除非队列中只剩一个任务，才会发生竞争

ForkJoin框架就使用其来充当阻塞队列，我们后文再聊这个框架

PriorityBlockingQueue

PriorityBlockingQueue是优先级排序的无界阻塞队列，阻塞队列按照优先级进行排序

使用堆排序，具体排序算法由Comparable或Comparator实现比较规则

默认：泛型中的对象需要实现Comparable比较规则，根据compareTo方法规则排序
构造器中指定比较器Comparator 根据比较器规则排序

     @Testpublic void testPriorityBlockingQeque() {//默认使用Integer实现Comparable的升序PriorityBlockingQueue<Integer> queue = new PriorityBlockingQueue<>(6);queue.offer(99);queue.offer(1099);queue.offer(299);queue.offer(992);queue.offer(99288);queue.offer(995);//99 299 992 995 1099 99288while (!queue.isEmpty()){System.out.print(" "+queue.poll());}System.out.println();//指定Comparator 降序queue = new PriorityBlockingQueue<>(6, (o1, o2) -> o2-o1);queue.offer(99);queue.offer(1099);queue.offer(299);queue.offer(992);queue.offer(99288);queue.offer(995);//99288 1099 995 992 299 99while (!queue.isEmpty()){System.out.print(" "+queue.poll());}}

适用于需要根据优先级排序处理的场景

DelayQueue

Delay是一个延时获取元素的无界阻塞队列，延时最长排在队尾

Delay队列元素实现Delayed接口通过getDelay获取延时时间

 public class DelayQueue<E extends Delayed> extends AbstractQueue<E>implements BlockingQueue<E> {}public interface Delayed extends Comparable<Delayed> {long getDelay(TimeUnit unit);}

DelayQueue应用场景

缓存系统的设计：DelayQueue存放缓存有效期，当可以获取到元素时，说明缓存过期
定时任务调度：将定时任务的时间设置为延时时间，一旦可以获取到任务就开始执行

以定时线程池ScheduledThreadPoolExecutor的定时任务ScheduledFutureTask为例，它实现Delayed获取延迟执行的时间

创建对象时,初始化数据

         ScheduledFutureTask(Runnable r, V result, long ns, long period) {super(r, result);//time记录当前对象延迟到什么时候可以使用,单位是纳秒this.time = ns;this.period = period;//sequenceNumber记录元素在队列中先后顺序  sequencer原子自增//AtomicLong sequencer = new AtomicLong();this.sequenceNumber = sequencer.getAndIncrement();}

实现Delayed接口的getDelay方法

 public long getDelay(TimeUnit unit) {return unit.convert(time - now(), NANOSECONDS);}

Delay接口继承了Comparable接口，目的是要实现compareTo方法来继续排序

         public int compareTo(Delayed other) {if (other == this) // compare zero if same objectreturn 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;elsereturn 1;}long diff = getDelay(NANOSECONDS) - other.getDelay(NANOSECONDS);return (diff < 0) ? -1 : (diff > 0) ? 1 : 0;}

SynchronousQueue

SynchronousQueue是一个默认下支持非公平不存储元素的阻塞队列

每个put操作要等待一个take操作,否则不能继续添加元素会阻塞

使用公平锁

     @Testpublic void testSynchronousQueue() throws InterruptedException {final SynchronousQueue<Integer> queue = new SynchronousQueue(true);new Thread(() -> {try {queue.put(1);queue.put(2);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}, "put12线程").start();new Thread(() -> {try {queue.put(3);queue.put(4);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}, "put34线程").start();TimeUnit.SECONDS.sleep(1);System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿出" + queue.take());TimeUnit.SECONDS.sleep(1);System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿出" + queue.take());TimeUnit.SECONDS.sleep(1);System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿出" + queue.take());TimeUnit.SECONDS.sleep(1);System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "拿出" + queue.take());}//结果 因为使用公平锁 1在2前，3在4前//main拿出1//main拿出3//main拿出2//main拿出4

SynchronousQueue队列本身不存储元素，负责把生产者的数据传递给消费者，适合传递性的场景

在该场景下吞吐量会比ArrayBlockingQueue，LinkedBlockingQueue高

LinkedTransferQueue

LinkedTransferQueue是一个链表组成的无界阻塞队列，拥有transfer()和tryTransfer()方法

transfer()

如果有消费者在等待接收元素，transfer(e)会把元素e传输给消费者

如果没有消费者在等待接收元素，transfer(e)会将元素e存放在队尾，直到有消费者获取了才返回

     @Testpublic void testTransfer() throws InterruptedException {LinkedTransferQueue queue = new LinkedTransferQueue();new Thread(()->{try {//阻塞直到被获取queue.transfer(1);//生产者放入的1被取走了System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"放入的1被取走了");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}},"生产者").start();TimeUnit.SECONDS.sleep(3);//main取出队列中的元素System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"取出队列中的元素");queue.poll();}

tryTransfer()无论消费者是否消费都直接返回

     @Testpublic void testTryTransfer() throws InterruptedException {LinkedTransferQueue<Integer> queue = new LinkedTransferQueue<>();//falseSystem.out.println(queue.tryTransfer(1));//nullSystem.out.println(queue.poll());new Thread(()->{try {//消费者取出2System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"取出"+queue.poll(2, TimeUnit.SECONDS));} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}},"消费者").start();TimeUnit.SECONDS.sleep(1);//trueSystem.out.println(queue.tryTransfer(2));}

tryTransfer(long,TimeUnit) 在超时时间内消费者消费元素返回true，反之返回false

总结

ArrayBlockingQueue由环形数组实现，固定容量无法扩容，使用非公平的可重入锁锁、两个等待队列操作入队、出队操作，适合并发小的场景

LinkedBlockingQueue由单向链表实现，默认无界，使用两个可重入锁、两个等待队列进行入队、出队操作，并在此期间可能唤醒生产者或消费者线程，以此提高并发性能

LinkedBlockingDeque由双向链表实现，在LinkedBlockingQueue的基础上，能够在队头、队尾都进行添加、删除操作，适用工作窃取算法1

PriorityBlockingQueue由堆排序实现的优先级队列，具体排序算法由Comparable、Comparator来实现，适用于需要根据优先级排序处理任务的场景

DelayQueue 是一个延时队列，队列中存储的元素需要实现Delayed接口来获取延时时间，适用于缓存失效、定时任务的场景

SynchronousQueue不存储元素，只将生产者生产的元素传递给消费者，适用于传递性的场景，比如不同线程间传递数据

LinkedTransgerQueue是传输形的阻塞队列，适用于单个元素传递的场景

在使用无界的阻塞队列时，需要设置容量，避免存储任务太多导致OOM

最后（不要白嫖，一键三连求求拉~）

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案例地址：

Gitee-JavaConcurrentProgramming/src/main/java/E_BlockQueue

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