并发编程之并发队列

一、并发队列

在并发队列上JDK提供了两套实现,

一个是以ConcurrentLinkedQueue为代表的高性能队列非阻塞,

一个是以BlockingQueue接口为代表的阻塞队列,无论哪种都继承自Queue。

1、阻塞队列与非阻塞队

阻塞队列与普通队列的区别在于:

阻塞队列:

  • 当队列是空的时,从队列中获取元素的操作将会被阻塞,试图从空的阻塞队列中获取元素的线程将会被阻塞,直到其他的线程往空的队列插入新的元素;
  • 当队列是满时,往队列里添加元素的操作会被阻塞。试图往已满的阻塞队列中添加新元素的线程同样也会被阻塞,直到其他的线程使队列重新变得空闲起来,如从队列中移除一个或者多个元素,或者完全清空队列.

2、ConcurrentLinkedQeque

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BlockingQueue.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进先出的原则。头是最先
加入的,尾是最近加入的,该队列不允许null元素。

// 非阻塞式队列,无界队列
ConcurrentLinkedDeque q = new ConcurrentLinkedDeque();
    q.offer("张三");
    q.offer("李四");
    q.offer("王五");
    //从头获取元素,删除该元素
    System.out.println(q.poll());
    //从头获取元素,不刪除该元素
    System.out.println(q.peek());
    //获取总长度
    System.out.println(q.size());

3、BlockingQueue

阻塞队列(BlockingQueue)是一个支持两个附加操作的队列。这两个附加的操作是:

  • 在队列为空时,获取元素的线程会等待队列变为非空。
  • 当队列满时,存储元素的线程会等待队列可用。

在Java中,BlockingQueue的接口位于java.util.concurrent 包中(在Java5版本开始提供),由上面介绍的阻塞队列的特性可知,阻塞队列是线程安全的。

1)、ArrayBlockingQueue

ArrayBlockingQueue是一个有边界的阻塞队列,它的内部实现是一个数组。有边界的意思是它的容量是有限的,我们必须在其初始化的时候指定它的容量大小,容量大小一旦指定就不可改变。

ArrayBlockingQueue是以先进先出的方式存储数据,最新插入的对象是尾部,最新移出的对象是头部。下面
是一个初始化和使用ArrayBlockingQueue的例子:

<String> arrays = new ArrayBlockingQueue<String>(3);
    arrays.offer("张三");
     arrays.offer("李四");
    arrays.offer("王五");
    arrays.offer("666", 3, TimeUnit.SECONDS); // 队列满了,阻塞3秒后向下执行
    System.out.println(arrays.poll()); // 张三
    System.out.println(arrays.poll()); // 李四
    System.out.println(arrays.poll()); // 王五
    System.out.println(arrays.poll(3, TimeUnit.SECONDS)); //队列为空,阻塞3秒后结束

2)、LinkedBlockingQueue

LinkedBlockingQueue阻塞队列大小的配置是可选的,如果我们初始化时指定一个大小,它就是有边界的,如果不指定,它就是无边界的。说是无边界,其实是采用了默认大小为Integer.MAX_VALUE的容量 。它的内部实现是一个链表。

和ArrayBlockingQueue一样,LinkedBlockingQueue 也是以先进先出的方式存储数据,最新插入的对象是尾部,最新移出的对象是头部。下面是一个初始化和使LinkedBlockingQueue的例子:

LinkedBlockingQueue linkedBlockingQueue = new LinkedBlockingQueue(3);
linkedBlockingQueue.add("张三");
linkedBlockingQueue.add("李四");
linkedBlockingQueue.add("李四");
System.out.println(linkedBlockingQueue.size()); // 3

3)、PriorityBlockingQueue(有界,快满时自动扩容,看似无界)

PriorityBlockingQueue是一个没有边界的队列,它的排序规则和 java.util.PriorityQueue一样。需要注意,PriorityBlockingQueue中允许插入null对象。

所有插入PriorityBlockingQueue的对象必须实现 java.lang.Comparable接口,队列优先级的排序规则就
是按照我们对这个接口的实现来定义的。

另外,我们可以从PriorityBlockingQueue获得一个迭代器Iterator,但这个迭代器并不保证按照优先级顺序进行迭代。

4)、SynchronousQueue

SynchronousQueue队列内部仅允许容纳一个元素。当一个线程插入一个元素后会被阻塞,除非这个元素被另一个线程消费。

5)、使用BlockingQueue模拟生产者与消费者

class ProducerThread implements Runnable {
    private BlockingQueue<String> blockingQueue;
    private AtomicInteger count = new AtomicInteger();
    private volatile boolean FLAG = true;

    public ProducerThread(BlockingQueue<String> blockingQueue) {
        this.blockingQueue = blockingQueue;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "生产者开始启动....");
        while (FLAG) {
            String data = count.incrementAndGet() + "";
            try {
                boolean offer = blockingQueue.offer(data, 2, TimeUnit.SECONDS);
                if (offer) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",生产队列" + data + "成功..");
                } else {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",生产队列" + data + "失败..");
                }
                Thread.sleep(1000);
            } catch (Exception e) {

            }
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",生产者线程停止...");
    }

    public void stop() {
        this.FLAG = false;
    }

}

class ConsumerThread implements Runnable {
    private volatile boolean FLAG = true;
    private BlockingQueue<String> blockingQueue;

    public ConsumerThread(BlockingQueue<String> blockingQueue) {
        this.blockingQueue = blockingQueue;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "消费者开始启动....");
        while (FLAG) {
            try {
                String data = blockingQueue.poll(2, TimeUnit.SECONDS);
                if (data == null || data == "") {
                    FLAG = false;
                    System.out.println("消费者超过2秒时间未获取到消息.");
                    return;
                }
                System.out.println("消费者获取到队列信息成功,data:" + data);

            } catch (Exception e) {
                // TODO: handle exception
            }
        }
    }

}

public class Test0008 {

    public static void main(String[] args) {
        BlockingQueue<String> blockingQueue = new LinkedBlockingQueue<>(3);
        ProducerThread producerThread = new ProducerThread(blockingQueue);
        ConsumerThread consumerThread = new ConsumerThread(blockingQueue);
        Thread t1 = new Thread(producerThread);
        Thread t2 = new Thread(consumerThread);
        t1.start();
        t2.start();
        //10秒后 停止线程..
        try {
            Thread.sleep(10*1000);
            producerThread.stop();
        } catch (Exception e) {
            // TODO: handle exception
        }
    }

}

  1. ArrayDeque, (数组双端队列)
  2. PriorityQueue, (优先级队列)
  3. ConcurrentLinkedQueue, (基于链表的并发队列)
  4. DelayQueue, (延期阻塞队列)(阻塞队列实现了BlockingQueue接口)
  5. ArrayBlockingQueue, 常用(基于数组的并发阻塞队列)
  6. LinkedBlockingQueue, 常用(基于链表的FIFO阻塞队列)
  7. LinkedBlockingDeque, (基于链表的FIFO双端阻塞队列)
  8. PriorityBlockingQueue,常用 (带优先级的无界阻塞队列,)
  9. SynchronousQueue常用 (并发同步阻塞队列)

个人博客 蜗牛

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