阻塞隊列與非阻塞隊列


阻塞隊列

阻塞隊列(BlockingQueue)是一個支持兩個附加操作的隊列。這兩個附加的操作是:在隊列為空時,獲取元素的線程會等待隊列變為非空。當隊列滿時,存儲元素的線程會等待隊列可用。阻塞隊列常用於生產者和消費者的場景,生產者是往隊列里添加元素的線程,消費者是從隊列里拿元素的線程。阻塞隊列就是生產者存放元素的容器,而消費者也只從容器里拿元素。

方法\處理方式 拋出異常 返回特殊值 一直阻塞 超時退出
插入方法 add(e) offer(e) put(e) offer(e,time,unit)
移除方法 remove() poll() take() poll(time,unit)
檢查方法 element() peek() 不可用 不可用
  • 拋出異常:是指當阻塞隊列滿時候,再往隊列里插入元素,會拋出IllegalStateException(“Queue full”)異常。當隊列為空時,從隊列里獲取元素時會拋出NoSuchElementException異常 。
  • 返回特殊值:插入方法會返回是否成功,成功則返回true。移除方法,則是從隊列里拿出一個元素,如果沒有則返回null
  • 一直阻塞:當阻塞隊列滿時,如果生產者線程往隊列里put元素,隊列會一直阻塞生產者線程,直到拿到數據,或者響應中斷退出。當隊列空時,消費者線程試圖從隊列里take元素,隊列也會阻塞消費者線程,直到隊列可用。
  • 超時退出:當阻塞隊列滿時,隊列會阻塞生產者線程一段時間,如果超過一定的時間,生產者線程就會退出。

    JDK7提供了7個阻塞隊列。分別是

    • ArrayBlockingQueue :一個由數組結構組成的有界阻塞隊列。
    • LinkedBlockingQueue :一個由鏈表結構組成的有界阻塞隊列。
    • PriorityBlockingQueue :一個支持優先級排序的無界阻塞隊列。
    • DelayQueue:一個使用優先級隊列實現的無界阻塞隊列。
    • SynchronousQueue:一個不存儲元素的阻塞隊列。
    • LinkedTransferQueue:一個由鏈表結構組成的無界阻塞隊列。
    • LinkedBlockingDeque:一個由鏈表結構組成的雙向阻塞隊列。

SynchronousQueue

        SynchronousQueue是無界的,是一種無緩沖的等待隊列,但是由於該Queue本身的特性,在某次添加元素后必須等待其他線程取走后才能繼續添加;可以認為SynchronousQueue是一個緩存值為1的阻塞隊列,但是 isEmpty()方法永遠返回是true,remainingCapacity() 方法永遠返回是0,remove()和removeAll() 方法永遠返回是false,iterator()方法永遠返回空,peek()方法永遠返回null。

        聲明一個SynchronousQueue有兩種不同的方式,它們之間有着不太一樣的行為。公平模式和非公平模式的區別:如果采用公平模式:SynchronousQueue會采用公平鎖,並配合一個FIFO隊列來阻塞多余的生產者和消費者,從而體系整體的公平策略;但如果是非公平模式(SynchronousQueue默認):SynchronousQueue采用非公平鎖,同時配合一個LIFO隊列來管理多余的生產者和消費者,而后一種模式,如果生產者和消費者的處理速度有差距,則很容易出現飢渴的情況,即可能有某些生產者或者是消費者的數據永遠都得不到處理。

LinkedBlockingQueue

        LinkedBlockingQueue是無界的,是一個無界緩存的等待隊列。

        基於鏈表的阻塞隊列,內部維持着一個數據緩沖隊列(該隊列由鏈表構成)。當生產者往隊列中放入一個數據時,隊列會從生產者手中獲取數據,並緩存在隊列內部,而生產者立即返回;只有當隊列緩沖區達到最大值緩存容量時(LinkedBlockingQueue可以通過構造函數指定該值),才會阻塞生產者隊列,直到消費者從隊列中消費掉一份數據,生產者線程會被喚醒,反之對於消費者這端的處理也基於同樣的原理。

        LinkedBlockingQueue之所以能夠高效的處理並發數據,還因為其對於生產者端和消費者端分別采用了獨立的鎖來控制數據同步,這也意味着在高並發的情況下生產者和消費者可以並行地操作隊列中的數據,以此來提高整個隊列的並發性能。

ArrayListBlockingQueue

         ArrayListBlockingQueue是有界的,是一個有界緩存的等待隊列。
         基於數組的阻塞隊列,同LinkedBlockingQueue類似,內部維持着一個定長數據緩沖隊列(該隊列由數組構成)。ArrayBlockingQueue內部還保存着兩個整形變量,分別標識着隊列的頭部和尾部在數組中的位置。
         ArrayBlockingQueue在生產者放入數據和消費者獲取數據,都是共用同一個鎖對象,由此也意味着兩者無法真正並行運行,這點尤其不同於LinkedBlockingQueue;按照實現原理來分析,ArrayBlockingQueue完全可以采用分離鎖,從而實現生產者和消費者操作的完全並行運行。Doug Lea之所以沒這樣去做,也許是因為ArrayBlockingQueue的數據寫入和獲取操作已經足夠輕巧,以至於引入獨立的鎖機制,除了給代碼帶來額外的復雜性外,其在性能上完全占不到任何便宜。 ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue間還有一個明顯的不同之處在於,前者在插入或刪除元素時不會產生或銷毀任何額外的對象實例,而后者則會生成一個額外的Node對象。這在長時間內需要高效並發地處理大批量數據的系統中,其對於GC的影響還是存在一定的區別。


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