Java并發(fā)環(huán)境下的隊列(Queue)概述

本文作者:王一飛杆怕,叩丁狼高級講師展融。原創(chuàng)文章疆柔,轉(zhuǎn)載請注明出處。

概念

隊列
隊列是一種特殊的線性表牵辣,是一種先進(jìn)先出(FIFO)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它只允許在表的前端(front)進(jìn)行刪除操作奴饮,而在表的后端(rear)進(jìn)行插入操作纬向。進(jìn)行插入操作的端稱為隊尾,進(jìn)行刪除操作的端稱為隊頭戴卜。隊列中沒有元素時逾条,稱為空隊列。正因為隊列先進(jìn)先出的先天特性叉瘩,在一些特殊場合下稱為首選項膳帕,比如:電商的秒殺。將每一個訂單請求作為一個處理任務(wù)薇缅,按順序一一排列到隊列中等待處理危彩。經(jīng)典運用:線程池。

java 中的隊列(Queue)
Queue接口與List泳桦、Set為同級別汤徽,都為Collection接口子接口。除了擁有 Collection 接口基本操作外灸撰,隊列還提供其他的插入谒府、提取和檢查操作。每個方法都存在兩種形式:一種拋出異常(操作失敗時)浮毯,另一種返回一個特殊值(null 或 false完疫,具體取決于操作)。插入操作的后一種形式是用于專門為有容量限制的 Queue 實現(xiàn)設(shè)計的债蓝;在大多數(shù)實現(xiàn)中壳鹤,插入操作不會失敗。


方法對比
分類

Queue 大體分2類:
1>非阻塞隊列: 沒有實現(xiàn)BlockingQueue接口的隊列:
常見的有:
ConcurrentLinkedQueue:一個基于鏈表節(jié)點的無界線程安全隊列饰迹。此隊列按照 FIFO(先進(jìn)先出)原則對元素進(jìn)行排序芳誓。隊列的頭部 是隊列中時間最長的元素。隊列的尾部 是隊列中時間最短的元素啊鸭。新的元素插入到隊列的尾部锹淌,隊列獲取操作從隊列頭部獲得元素。當(dāng)多個線程共享訪問一個公共 collection 時赠制,ConcurrentLinkedQueue 是一個恰當(dāng)?shù)倪x擇赂摆。

LinkedList:底層維護(hù)一個鏈表,實現(xiàn)所有可選的列表操作,并且允許所有元素(包括 null)库正。除了實現(xiàn) List 接口外曲楚,LinkedList 類還為在列表的開頭及結(jié)尾 get、remove 和 insert 元素提供了統(tǒng)一的命名方法褥符×埽可用于實現(xiàn)堆棧、隊列或雙端隊列等喷楣。

PriorityQueue:一個基于優(yōu)先級堆的無界優(yōu)先級隊列趟大。優(yōu)先級隊列的元素按照其自然順序進(jìn)行排序,或者根據(jù)構(gòu)造隊列時提供的 Comparator 進(jìn)行排序铣焊,具體取決于所使用的構(gòu)造方法逊朽。

2>阻塞隊列:實現(xiàn)BlockingQueue接口的隊列
常見有:
ArrayBlockingQueue:一個由數(shù)組支持的有界阻塞隊列。此隊列按 FIFO(先進(jìn)先出)原則對元素進(jìn)行排序曲伊。隊列的頭部 是在隊列中存在時間最長的元素叽讳。隊列的尾部 是在隊列中存在時間最短的元素。新元素插入到隊列的尾部坟募,隊列獲取操作則是從隊列頭部開始獲得元素岛蚤。因為底層緩存的一有界的數(shù)組,當(dāng)緩存區(qū)創(chuàng)建成功后懈糯,長度便固定涤妒,試圖向滿隊列中放元素,勢必導(dǎo)致阻塞赚哗。另外她紫,此類也支持公平原則,如果公平參數(shù)被設(shè)置true屿储,等待時間最長的線程會優(yōu)先得到處理贿讹。公平性通常會降低吞吐量,但也減少了可變性和避免了“不平衡性”够掠。

LinkedBlockingQueue:底層使用鏈表實現(xiàn)的無上界的阻塞隊列(可以使用指定界限的方式民褂,設(shè)置隊列的容量大小, 默認(rèn)為 Integer.MAX_VALUE祖屏。)助赞,通常鏈表隊列的的吞吐量要高于基于數(shù)組的隊列买羞,但是在大多數(shù)并發(fā)應(yīng)用程序中袁勺,其可預(yù)知的性能要低。

DelayQueue:一個無界阻塞隊列畜普,和其他隊列不同期丰,獲取該隊列數(shù)據(jù),只有在延遲期滿時才能從中提取元素。該隊列的頭部是延遲期滿后保存時間最長的 Delayed 元素钝荡。如果延遲都還沒有期滿街立,則隊列沒有頭部,并且poll將返回null埠通。當(dāng)一個元素的 getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS) 方法返回一個小于等于 0 的值時赎离,將發(fā)生到期。即使無法使用 take 或 poll 移除未到期的元素端辱,也不會將這些元素作為正常元素對待梁剔。

PriorityBlockingQueue:是一個帶優(yōu)先級的 隊列,而不是先進(jìn)先出隊列舞蔽。元素按優(yōu)先級順序被移除荣病,該隊列也沒有上限(看了一下源碼,PriorityBlockingQueue是對 PriorityQueue的再次包裝渗柿,是基于堆數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的个盆,而PriorityQueue是沒有容量限制的,與ArrayList一樣朵栖,所以在優(yōu)先阻塞 隊列上put時是不會受阻的颊亮。雖然此隊列邏輯上是無界的,但是由于資源被耗盡混槐,所以試圖執(zhí)行添加操作可能會導(dǎo)致 OutOfMemoryError)编兄,但是如果隊列為空,那么取元素的操作take就會阻塞声登,所以它的檢索操作take是受阻的狠鸳。另外,往入該隊列中的元 素要具有比較能力悯嗓。

SynchronousQueue:一種阻塞隊列件舵,其中每個插入操作必須等待另一個線程的對應(yīng)移除操作 ,反之亦然脯厨。同步隊列沒有任何內(nèi)部容量铅祸,甚至連一個隊列的容量都沒有。不能在同步隊列上進(jìn)行 peek合武,因為僅在試圖要移除元素時临梗,該元素才存在;除非另一個線程試圖移除某個元素稼跳,否則也不能(使用任何方法)插入元素盟庞;也不能迭代隊列,因為其中沒有元素可用于迭代汤善。隊列的頭 是嘗試添加到隊列中的首個已排隊插入線程的元素什猖;如果沒有這樣的已排隊線程票彪,則沒有可用于移除的元素并且 poll() 將會返回 null。對于其他 Collection 方法(例如 contains)不狮,SynchronousQueue 作為一個空 collection降铸。此隊列不允許 null 元素。

本篇到這摇零,僅僅介紹java中各種Queue(詳細(xì)參考jdk)推掸,具體使用,下篇繼續(xù)驻仅。

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