架构师入门笔记三 初识Queue队列

架构师入门笔记三 初识Queue队列

1. wait和notify模拟Queue

1.1 wait / notify 基础知识

线程通信概念：线程是操作系统中独立的个体，但这些个体如果不经过特殊的处理，就不能成为一个整体，线程之间的通信就成为整体的必用方法之一。

使用 wait/ notify 方法实现线程间的通信：

1）wait 和 notify 必须要配合 synchronized 关键字使用

2）wait方法是释放锁的， notify方法不释放锁。

1.2 wait / notify 模拟BlockingQueue

BlockingQueue：是一个队列，并且支持阻塞的机制，阻塞的放入和得到数据。我们要实现 LinkedBlockingQueue 下面两个简单的方法put 和 take
put(an object)：把一个object 加到BlockingQueue里，如果BlockingQueue没有空间，则调用此方法的线程会被阻断，知道BlockingQueue里面有空间再继续。
take：取走BlockingQueue里排在首位的对象，若BlockingQueue为空，阻断进入等待状直到BlockingQueue有新数据被加入。

import java.util.LinkedList;import java.util.concurrent.TimeUnit;import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;public class MyQueue {//1 需要一个承装元素的集合 private LinkedList<Object> list = new LinkedList<Object>();//2 需要一个计数器 AtomicInteger （原子性）private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);//3 需要制定上限和下限private final int minSize = 0;private final int maxSize ;//4 构造方法public MyQueue(int size){this.maxSize = size;}//5 初始化一个对象 用于加锁private final Object lock = new Object();//put(anObject): 把anObject加到BlockingQueue里,如果BlockQueue没有空间,则调用此方法的线程被阻断，直到BlockingQueue里面有空间再继续.public void put(Object obj){synchronized (lock) {while(count.get() == this.maxSize){try {lock.wait();  // 当Queue没有空间时，线程被阻塞} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}//1 加入元素list.add(obj);//2 计数器累加count.incrementAndGet();//3 新增元素后，通知另外一个线程（唤醒），队列多了一个元素，可以做移除操作了。lock.notify();System.out.println("新加入的元素为:" + obj);}}//take: 取走BlockingQueue里排在首位的对象,若BlockingQueue为空,阻断进入等待状态直到BlockingQueue有新的数据被加入.public Object take(){Object ret = null;synchronized (lock) {while(count.get() == this.minSize){try {lock.wait();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}//1 做移除元素操作ret = list.removeFirst();//2 计数器递减count.decrementAndGet();//3 移除元素后，唤醒另外一个线程，队列少元素了，可以再添加操作了lock.notify();}return ret;}public int getSize(){return this.count.get();}public static void main(String[] args) {final MyQueue mq = new MyQueue(5);mq.put("a");mq.put("b");mq.put("c");mq.put("d");mq.put("e");System.out.println("当前容器的长度:" + mq.getSize());Thread t1 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {mq.put("f");mq.put("g");}},"t1");Thread t2 = new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {Object o1 = mq.take();System.out.println("移除的元素为:" + o1);Object o2 = mq.take();System.out.println("移除的元素为:" + o2);}},"t2");t1.start();try {TimeUnit.SECONDS.sleep(2);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}t2.start();}}

从打印的信息可以看出，当t2 线程移除数据后，t1线程才开始加入数据

2. 并发Queue

2.1 Queue 简介

Queue的主要实现如下图所示。Queue主要分两类，一类是高性能队列 ConcurrentLinkedQueue； 一类是阻塞队列 BlockingQueue

2.2 ConcurrentLinkedQueue接口

ConcurrentLinkedQueue：是一个适合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限线程安全队列。该队列的元素遵循先进先出的原则。头是最先加入的，尾是最后加入的，该队列不允许null元素。
ConcurrentLinkedQueue 重要方法：
add() 和 offer() 都是加入元素，该队列中无区别
poll() 和 peek() 都是取头元素节点，区别在于前者会删除元素，后者不会

import java.util.concurrent.ConcurrentLinkedQueue;public class MyConcurrentLinkedQueue {public static void main(String[] args) throws Exception {//高性能无阻塞无界队列：ConcurrentLinkedQueueConcurrentLinkedQueue<String> q = new ConcurrentLinkedQueue<String>();q.offer("a");q.offer("b");q.offer("c");q.offer("d");q.add("e");System.out.println(q.poll());// 打印结果：a （从头部取出元素，并从队列里删除）System.out.println(q.size());// 打印结果：4 （执行poll 后 元素减少一个）System.out.println(q.peek());// 打印结果：b （a 被移除了，首元素就是b）System.out.println(q.size());// 打印结果：4 （peek 不移除元素）}}

2.3 BlockingQueue接口

ArrayBlockingQueue： 基于数组的阻塞队列实现，在内部，维护了一个定长数组，以便缓存队列中的数据对象。其内部没有实现读写分离，也就意味着生产和消费不能完全并行。长度是需要定义的，可以指定先进先出或者先进后出，是一个有界队列。

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;import java.util.concurrent.TimeUnit;public class MyArrayBlockingQueue {public static void main(String[] args) throws Exception {ArrayBlockingQueue<String> array = new ArrayBlockingQueue<String>(5); // 可以尝试 队列长度由3改到5array.offer("offer 方法 插入数据成功返回true 否则返回false");array.offer("3秒后插入数据", 3, TimeUnit.SECONDS);array.put("put 方法 若超出长度就会阻塞等待");array.add("add 方法 在超出长度时会提示错误信息 java.lang.IllegalStateException"); //  java.lang.IllegalStateException: Queue fullSystem.out.println(array.offer("true or false", 3, TimeUnit.SECONDS));System.out.println(array);}}

LinkedBlockingQueue：基于列表的阻塞队列，同ArrayBlockingQueue类似，其内部维护了一个数据缓冲队列（该队列由一个链表构成），它之所以能够高效的处理并发数据，是因为其内部实现采用分离锁（读写分离两个锁），从而实现生产者和消费者操作的完全并行运行。是一个无界队列

用法和 ArrayBlockingQueue 差不多，offer，put，add 。区别在于，LinkedBlockingQueue是无界队列，初始化的时候，可以设置一个长度，也可以不设置。drainTo(集合, 集合最大长度)方法，可以从LinkedBlockingQueue 截取长度到另外一个集合中。

SynchronousQueue：一种没有缓冲的队列，生存者生产的数据直接会被消费者获取并消费。

以上三个队列，用于什么场景呢？举个例子： 坐地铁。人少的时候，刷卡的时候，来一个人就可以直接刷，无需等待，这用SynchronousQueue。 上班高峰期了，人很多，刷卡的时候需要排队，这用LinkedBlockingQueue无界队列。放假高峰期了，人满人患，若用LinkedBlockingQueue队列，它是无界的，如果进来的人太多会影响地铁站正常工作了，这时候就要用有界队列ArrayBlockingQueue。

PriorityBlockingQueue：基于优先级的阻塞队列（优先级的判断通过构造函数传入的Compator对象来决定，也就是说传入队列的对象必须实现Comparable接口），在实现PriorityBlockingQueue时，内部控制线程同步的锁采用的是公平锁，是一个无界队列。

传入队列的对象：Task

public class Task implements Comparable<Task>{private int id ;private String name;public int getId() {return id;}public void setId(int id) {this.id = id;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}@Overridepublic int compareTo(Task task) {return this.id > task.id ? 1 : (this.id < task.id ? -1 : 0);  }public String toString(){return this.id + "," + this.name;}}

PriorityBlockingQueue 排序：

import java.util.concurrent.PriorityBlockingQueue;public class MyPriorityBlockingQueue {public static void main(String[] args) throws Exception{PriorityBlockingQueue<Task> q = new PriorityBlockingQueue<Task>();// 由大到小的设置Task t1 = new Task();t1.setId(1);t1.setName("id为1");Task t2 = new Task();t2.setId(4);t2.setName("id为4");Task t3 = new Task();t3.setId(9);t3.setName("id为9");Task t4 = new Task();t4.setId(16);t4.setName("id为16");Task t5 = new Task();t5.setId(5);t5.setName("id为5");// 故意打乱顺序进入队列q.add(t3);q.add(t4);q.add(t1);q.add(t2);q.add(t5);System.out.println("初始队列容器：" + q);System.out.println("第一个元素：" + q.take()); // 执行take后排序（取值后排序输出）System.out.println("执行take方法后容器：" + q);}}

DelayQueue：带有延迟时间的Queue，其中的元素只有指定的延迟时间到了，才能够从队列中获取到该元素，DelayQueue中的元素必须实现Delayed接口，DelayQueue是一个没有大小限制的队列，应用场景很多，比如对缓存超时的数据进行移除，任务超时处理，空闲连接的关闭等等

摘录网上代码：

import java.util.concurrent.Delayed;import java.util.concurrent.TimeUnit;public class Wangmin implements Delayed {          private String name;      //身份证      private String id;      //截止时间      private long endTime;      //定义时间工具类    private TimeUnit timeUnit = TimeUnit.SECONDS;          public Wangmin(String name,String id,long endTime){          this.name=name;          this.id=id;          this.endTime = endTime;      }            public String getName(){          return this.name;      }            public String getId(){          return this.id;      }            /**      * 用来判断是否到了截止时间      */      @Override      public long getDelay(TimeUnit unit) {         //return unit.convert(endTime, TimeUnit.MILLISECONDS) - unit.convert(System.currentTimeMillis(), TimeUnit.MILLISECONDS);    return endTime - System.currentTimeMillis();    }        /**      * 相互批较排序用      */      @Override      public int compareTo(Delayed delayed) {      Wangmin w = (Wangmin)delayed;          return this.getDelay(this.timeUnit) - w.getDelay(this.timeUnit) > 0 ? 1:0;      }  }  

import java.util.concurrent.DelayQueue;public class WangBa implements Runnable {          private DelayQueue<Wangmin> queue = new DelayQueue<Wangmin>();      public boolean yinye =true;            public void shangji(String name,String id,int money){          Wangmin man = new Wangmin(name, id, 1000 * money + System.currentTimeMillis());          System.out.println("网名"+man.getName()+" 身份证"+man.getId()+"交钱"+money+"块,开始上机...");          this.queue.add(man);      }            public void xiaji(Wangmin man){          System.out.println("网名"+man.getName()+" 身份证"+man.getId()+"时间到下机...");      }        @Override      public void run() {          while(yinye){              try {                  Wangmin man = queue.take();                  xiaji(man);              } catch (InterruptedException e) {                  e.printStackTrace();              }          }      }            public static void main(String args[]){          try{              System.out.println("网吧开始营业");              WangBa siyu = new WangBa();              Thread shangwang = new Thread(siyu);              shangwang.start();                            siyu.shangji("路人甲", "123", 1);              siyu.shangji("路人乙", "234", 10);              siyu.shangji("路人丙", "345", 5);          }          catch(Exception e){              e.printStackTrace();        }        }  }  

以上便是Queue相关笔记，方便自己查阅，同时也希望能帮助到读者。下一章java多线程模式。更多干货尽在 ITDragon博客