08.并發編程之Queue介紹

一、技術選型

MQ適用于消息堆積,消費端處理不過來;兩點之間運行生命周期不同情況;
JMS支持5種消息類型,為什么不能用隊列來替代呢?
原因:解耦、針對消息本身做隊列操作、消息持久化
PS:如果消費很快,前端積壓嚴重的話,不建議使用mq,可采用直連的TCP通信,如mina、netty,節省中間mq轉發。

二、常用語法

add 增加一個元索,如果隊列已滿,則拋出一IIIegaISlabEepeplian異常
remove 移除并返回隊列頭部的元素,如果隊列為空,則拋出一個NoSuchElementException異常
element 返回隊列頭部的元素,如果隊列為空,則拋出一個NoSuchElementException異常
offer 添加一個元素并返回true,如果隊列已滿,則返回false
poll 移除并返問隊列頭部的元素,如果隊列為空,則返回null
peek 返回隊列頭部的元素,如果隊列為空,則返回null
put 添加一個元素,如果隊列滿,則阻塞
take 移除并返回隊列頭部的元素,如果隊列為空,則阻塞
removeelementofferpollpeek 其實是屬于Queue接口。
阻塞隊列的操作可以根據它們的響應方式分為以下三類:
(1) addremoveelement操作在你試圖為一個已滿的隊列增加元素或從空隊列取得元素時 拋出異常。
(2) 在多線程程序中,隊列在任何時間都可能變成滿的或空的,所以你可能想使用offerpollpeek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拋出異常。
注意:pollpeek方法出錯進返回null。因此,向隊列中插入null值是不合法的。
(3) put:把Object加到BlockingQueue里,如果BlockingQueue沒有空間,則調用此方法的線程被阻斷,直接有空間再繼續。take:取走BlockingQueue里排在首位的對象,若BlockingQueue為空,阻斷進入等待狀態直到BlockingQueue有新的數據被加入。

三、并發Queue

在并發隊列上JDK提供了兩套實現,一個是以ConcurrentLinkedQueue為代表的高性能隊列,一個是以BlockingQueue接口為代表的阻塞隊列,都繼承自Queue。

1、ConcurrentLinkedQueue

是一個適用高并發場景下的隊列,通過無鎖的方式,實現了高并發狀態下的高性能,性能好于BlockingQueue,是一個基于鏈接節點的無界線程安全隊列。
該隊列的元素先進先出,頭是先進的,尾是最近加入的,隊列不允許為Null。
重要方法:
add()offer()都是加入元素的方法,無任何區別。
poll()peek()都是取頭元素節點,前者會刪除元素,后者不會。

2、ArrayBlockingQueue

基于數組的阻塞隊列實現,在ArrayBlockingQueue內部,維護一個定長數組,以便緩存隊列中的數據對象,內部沒有實現讀寫分離,意味著生產者和消費者不能完全并行,長度是需要定義的,可以指定先進先出或者先進后出,也叫有界隊列。

/**有界隊列**/
package demo3;

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class UserQueue {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        ArrayBlockingQueue<String> array = new ArrayBlockingQueue<String>(5);  // 必須傳一個長度

        array.put("a");
        array.put("b");
        array.add("c");
        array.add("d");
        array.add("e");
        array.add("f");
        //System.out.println(array.offer("a", 3, TimeUnit.SECONDS));// 阻塞式
    }
}

3、LinkedBlockingQueue

基于鏈表的阻塞隊列,同ArrayBlockingQueue類似,其內部也維持著一個數據緩沖隊列(該隊列是一個鏈表構成),LinkedBlockingQueue之所以能夠高效地處理并發數據,是因為內部實現采用了讀寫分離鎖,從而實現生產者和消費者操作的完全并行,是一個無界隊列。

/**無界隊列**/
        LinkedBlockingQueue<String> link = new LinkedBlockingQueue<String>();   // 可以不傳,也可以傳,傳則定死;不傳則無界

        link.put("a");
        link.put("b");
        link.add("c");
        link.add("d");
        link.add("e");
        link.add("f");
        for (Iterator iterator = link.iterator(); iterator.hasNext();) {
            String string = (String) iterator.next();
            System.out.println(string);
        }
        //但如果初始化長度的話,也會有容量限制

4、SynchronousQueue

一種沒有緩沖的隊列,生產者生產的數據直接會被消費者獲取并消費。

/**無緩存隊列**/
        SynchronousQueue<String> queue = new SynchronousQueue<String>();
        queue.add("a");
/**由于沒有任何容量,直接拋異常**/
        Exception in thread "main" java.lang.IllegalStateException: Queue full
        at java.util.AbstractQueue.add(AbstractQueue.java:98)
        at demo3.UserQueue.main(UserQueue.java:31)
/**可以調用add方法,但并不代表隊列中加元素了,先take再add,直接扔給前面阻塞在take的線程**/
final SynchronousQueue<String> q = new SynchronousQueue<String>();
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {

            @Override
            public void run() {
                try {
                    System.out.println(q.take());
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }

        });
        t1.start();
        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {

            @Override
            public void run() {
                q.add("adsfa");

            }

        });
        t2.start();

5、PriorityBlockingQueue

基于優先級的阻塞隊列(優先級的判斷通過構造函數傳入的Comparator對象來決定,也就是說傳入隊列的對象必須實現Comparable接口),不遵循先進先出,在實現PriorityBlockingQueue時,內部控制線程同步的鎖采用的是公平鎖,它是一個無界隊列。
不是加一個元素時就進行排序,而是調用take/poll方法時才進行將優先級最高的拿出來。

package demo3;

public class Task implements Comparable<Task> {
    private int     id;
    /**
     * @return the id
     */
    public int getId() {
        return id;
    }

    /**
     * @param id the id to set
     */
    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }

    /**
     * @return the name
     */
    public String getName() {
        return name;
    }

    /**
     * @param name the name to set
     */
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    private String  name;

    @Override
    public int compareTo(Task task) {
        return this.id > task.id ? 1 : (this.id < task.id ? -1 : 0);
    }

    /* (non-Javadoc)
     * @see java.lang.Object#toString()
     */
    @Override
    public String toString() {
        return "Task [id=" + id + ", name=" + name + "]";
    }
    
}
package demo3;

import java.util.Iterator;
import java.util.concurrent.PriorityBlockingQueue;

public class UsePriorityBlockingQueue {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        PriorityBlockingQueue<Task> q = new PriorityBlockingQueue<Task>();
        
        Task t1 = new Task();
        t1.setId(3);
        t1.setName("任務1");
        Task t2 = new Task();
        t2.setId(6);
        t2.setName("任務2");
        Task t3 = new Task();
        t3.setId(1);
        t3.setName("任務3");
        
        q.add(t1);
        q.add(t2);
        q.add(t3);
        System.out.println(q);
        for (Iterator iterator = q.iterator();iterator.hasNext();){
            Task task = (Task)iterator.next();
            System.out.println(task.getName());
        }
        
        System.out.println(q.poll());
        System.out.println(q.poll());
        System.out.println(q.poll());
    }
}

6、 DelayQueue

帶有延遲時間的Queue,其中的元素只有當其指定的延遲時間到了,才能夠從隊列中獲取到該元素。DelayQueue中的元素必須實現Delay接口,DelayQueue是一個沒有大小限制的隊列,應用場景很多,比如對緩存超時的數據進行移除、任務超時處理、空閑連接的關閉等。
未超時肯定會阻塞。

四、場景

應用非常繁忙,并發量非常大,應用承載量1000個任務,單核,一個線程,類似于馬路上的早晚高峰,采用ArrayBlockingQueue有界隊列,做容量內存限制,超過的話,給予相應的拒絕措施。
平穩期,采用無界隊列,車流量不是很大,可以放心使用LinkedBlockingQueue,能保證數據的實時性。
夜半時分,不需要存儲到隊列中了(浪費空間),數據量非常少,采用虛擬的隊列(無容量)SynchronousQueue隊列,直接提交給線程,效率更高。

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