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Java中 BlockingQueue(阻塞佇列)的使用

引言

Queue介面與List、Set同一級別,都是繼承了Collection介面。LinkedList實現了Queue接 口。Queue介面窄化了對LinkedList的方法的訪問許可權(即在方法中的引數型別如果是Queue時,就完全只能訪問Queue介面所定義的方法 了,而不能直接訪問 LinkedList的非Queue的方法),以使得只有恰當的方法才可以使用。BlockingQueue 繼承了Queue介面。LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue、PriorityBlockingQueue、DelayQueue實現了BlockingQueue 介面。

佇列是一種資料結構,它有兩個基本操作:在佇列尾部加人一個元素,和從佇列頭部移除一個元素就是說,佇列以一種先進先出的方式管理資料,如果你試圖向一個已經滿了的阻塞佇列中新增一個元素或者是從一個空的阻塞佇列中移除一個元素,將導致執行緒阻塞。在多執行緒進行合作時,阻塞佇列是很有用的工具。工作者執行緒可以定期地把中間結果存到阻塞佇列中而其他工作者執行緒把中間結果取出並在將來修改它們。佇列會自動平衡負載。如果第一個執行緒集執行得比第二個慢,則第二個執行緒集在等待結果時就會阻塞。如果第一個執行緒集執行得快,那麼它將等待第二個執行緒集趕上來。下表顯示了 jdk1.5 中阻塞佇列的操作:

方法名 說明 注意
add 增加一個元索 如果佇列已滿,則丟擲一個IIIegaISlabEepeplian異常
remove 移除並返回佇列頭部的元素 如果佇列為空,則丟擲一個NoSuchElementException異常
element 返回佇列頭部的元素 如果佇列為空,則丟擲一個NoSuchElementException異常
offer 新增一個元素並返回true 如果佇列已滿,則返回false
poll 移除並返問佇列頭部的元素 如果佇列為空,則返回null
peek 返回佇列頭部的元素 如果佇列為空,則返回null
put 新增一個元素 如果佇列滿,則阻塞
take 移除並返回佇列頭部的元素 如果佇列為空,則阻塞

注:remove、element、offer 、poll、peek 其實是屬於Queue介面。

阻塞佇列的操作可以根據它們的響應方式分為以下三類:aad、removee和element操作在你試圖為一個已滿的佇列增加元素或從空佇列取得元素時丟擲異常。當然,在多執行緒程式中,佇列在任何時間都可能變成滿的或空的,所以你可能想使用offer、poll、peek方法。這些方法在無法完成任務時 只是給出一個出錯示而不會丟擲異常。

注意:poll和peek方法出錯進返回null。因此,向佇列中插入null值是不合法的。

還有帶超時的offer和poll方法變種,例如,下面的呼叫:
boolean success = q.offer(x,100,TimeUnit.MILLISECONDS);
嘗試在100毫秒內向佇列尾部插入一個元素。如果成功,立即返回true;否則,當到達超時進,返回false。同樣地,呼叫:
Object head = q.poll(100, TimeUnit.MILLISECONDS);
如果在100毫秒內成功地移除了佇列頭元素,則立即返回頭元素;否則在到達超時時,返回null。

最後,我們有阻塞操作put和take。put方法在佇列滿時阻塞,take方法在佇列空時阻塞。

正文

java.ulil.concurrent包提供了阻塞佇列的4個實現類:LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue、PriorityBlockingQueue、DelayQueue

LinkedBlockingQueue

LinkedBlockingQueue的容量在不指定的情況下為 Integer.MAX_VALUE,但是也可以指定其最大容量,其中主要用到 put 和 take 方法,它是基於連結串列的佇列,此佇列按 FIFO (先進先出)排序元素,是執行緒安全的。

ArrayBlockingQueue

ArrayBlockingQueue在構造時需要指定容量,並可以選擇是否需要公平性,如果公平引數被設定為 true,等待時間最長的執行緒會優先得到處理(其實就是通過將 ReentrantLock 設定為 true 來達到這種公平性:即等待時間最長的執行緒會先操作)。通常,公平性會使你在效能上付出代價,只有在的確非常需要的時候再使用它。它是基於陣列的阻塞迴圈佇列,此佇列按 FIFO(先進先出)原則對元素進行排序。

PriorityBlockingQueue

PriorityBlockingQueue是一個帶優先順序的 佇列,而不是先進先出佇列。元素按優先順序順序被移除,該佇列也沒有上限(看了一下原始碼,PriorityBlockingQueue是對 PriorityQueue的再次包裝,是基於堆資料結構的,而PriorityQueue是沒有容量限制的,與ArrayList一樣,所以在優先阻塞 佇列上put時是不會受阻的。雖然此佇列邏輯上是無界的,但是由於資源被耗盡,所以試圖執行新增操作可能會導致 OutOfMemoryError),但是如果佇列為空,那麼取元素的操作take就會阻塞,所以它的檢索操作take是受阻的。另外,往入該佇列中的元 素要具有比較能力。

DelayQueue

DelayQueue(基於PriorityQueue來實現的)是一個存放Delayed 元素的無界阻塞佇列,只有在延遲期滿時才能從中提取元素。該佇列的頭部是延遲期滿後儲存時間最長的 Delayed 元素。如果延遲都還沒有期滿,則佇列沒有頭部,並且poll將返回null。當一個元素的 getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS) 方法返回一個小於或等於零的值時,則出現期滿,poll就以移除這個元素了。此佇列不允許使用 null 元素。

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