并发阻塞队列和非阻塞队列详解

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了并发阻塞队列和非阻塞队列详解相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

在并发队列上JDK提供了两套实现,一个是以ConcurrentLinkedQueue为代表的高性能队列非阻塞,一个是以BlockingQueue接口为代表的阻塞队列,无论哪种都继承自Queue。

队列遵循先进先出,后进后出的原则

阻塞式队列与非阻塞队列的区别:

阻塞式队列:

  入列(存):阻塞式队列,如果存放的队列超出队列的总数,是时候会进行等待(阻塞)。当队列达到总数的时候,入列(生产者)会进行阻塞。这时候只有当消费者消费了队列中的队列之后,生产者才可以继续往队列中存放队列。

  出列(取):如果获取队列为空的情况下,这时候也会进行等待(阻塞)。这时候队列中没有队列,消费者无法消费队列,只有生产者往对队列中存放队列之后,消费者才可以进行消费。

队列中的队列如果被消费了就会从队列中删除掉。

白话文描述:

阻塞队列与普通队列的区别在于,当队列是空的时,从队列中获取元素的操作将会被阻塞,或者当队列是满时,往队列里添加元素的操作会被阻塞。试图从空的阻塞队列中获取元素的线程将会被阻塞,直到其他的线程往空的队列插入新的元素。同样,试图往已满的阻塞队列中添加新元素的线程同样也会被阻塞,直到其他的线程使队列重新变得空闲起来,如从队列中移除一个或者多个元素,或者完全清空队列.

1.ArrayDeque, (数组双端队列) 
2.PriorityQueue, (优先级队列) 
3.ConcurrentLinkedQueue, (基于链表的并发队列) 
4.DelayQueue, (延期阻塞队列)(阻塞队列实现了BlockingQueue接口) 
5.ArrayBlockingQueue, (基于数组的并发阻塞队列) 
6.LinkedBlockingQueue, (基于链表的FIFO阻塞队列) 
7.LinkedBlockingDeque, (基于链表的FIFO双端阻塞队列) 
8.PriorityBlockingQueue, (带优先级的无界阻塞队列) 
9.SynchronousQueue (并发同步阻塞队列)

下表是阻塞队列的部分方法:

方法\\处理方式抛出异常返回特殊值一直阻塞超时退出
插入方法 add(e) offer(e) put(e) offer(e,time,unit)
移除方法 remove() poll() take() poll(time,unit)
检查方法 element() peek() 不可用 不可用

ConcurrentLinkedQueue(非阻塞队列)

ConcurrentLinkedQueue : 是一个适用于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,尾是最近加入的,该队列不允许null元素。

ConcurrentLinkedQueue重要方法:
add 和offer() 都是加入元素的方法(在ConcurrentLinkedQueue中这俩个方法没有任何区别)
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。

BlockingQueue

阻塞队列(BlockingQueue)是一个支持两个附加操作的队列。这两个附加的操作是:

在队列为空时,获取元素的线程会等待队列变为非空。当队列满时,存储元素的线程会等待队列可用。

阻塞队列常用于生产者和消费者的场景,生产者是往队列里添加元素的线程,消费者是从队列里拿元素的线程。阻塞队列就是生产者存放元素的容器,而消费者也只从容器里拿元素。

BlockingQueue即阻塞队列,从阻塞这个词可以看出,在某些情况下对阻塞队列的访问可能会造成阻塞。被阻塞的情况主要有如下两种:

1. 当队列满了的时候进行入队列操作

2. 当队列空了的时候进行出队列操作

因此,当一个线程试图对一个已经满了的队列进行入队列操作时,它将会被阻塞,除非有另一个线程做了出队列操作;同样,当一个线程试图对一个空队列进行出队列操作时,它将会被阻塞,除非有另一个线程进行了入队列操作。

在Java中,BlockingQueue的接口位于java.util.concurrent 包中(在Java5版本开始提供),由上面介绍的阻塞队列的特性可知,阻塞队列是线程安全的。

在新增的Concurrent包中,BlockingQueue很好的解决了多线程中,如何高效安全“传输”数据的问题。通过这些高效并且线程安全的队列类,为我们快速搭建高质量的多线程程序带来极大的便利。本文详细介绍了BlockingQueue家庭中的所有成员,包括他们各自的功能以及常见使用场景。

认识BlockingQueue

阻塞队列,顾名思义,首先它是一个队列,而一个队列在数据结构中所起的作用大致如下图所示:

从上图我们可以很清楚看到,通过一个共享的队列,可以使得数据由队列的一端输入,从另外一端输出;

常用的队列主要有以下两种:(当然通过不同的实现方式,还可以延伸出很多不同类型的队列,DelayQueue就是其中的一种)

  先进先出(FIFO):先插入的队列的元素也最先出队列,类似于排队的功能。从某种程度上来说这种队列也体现了一种公平性。

  后进先出(LIFO):后插入队列的元素最先出队列,这种队列优先处理最近发生的事件。

      多线程环境中,通过队列可以很容易实现数据共享,比如经典的“生产者”和“消费者”模型中,通过队列可以很便利地实现两者之间的数据共享。假设我们有若干生产者线程,另外又有若干个消费者线程。如果生产者线程需要把准备好的数据共享给消费者线程,利用队列的方式来传递数据,就可以很方便地解决他们之间的数据共享问题。但如果生产者和消费者在某个时间段内,万一发生数据处理速度不匹配的情况呢?理想情况下,如果生产者产出数据的速度大于消费者消费的速度,并且当生产出来的数据累积到一定程度的时候,那么生产者必须暂停等待一下(阻塞生产者线程),以便等待消费者线程把累积的数据处理完毕,反之亦然。然而,在concurrent包发布以前,在多线程环境下,我们每个程序员都必须去自己控制这些细节,尤其还要兼顾效率和线程安全,而这会给我们的程序带来不小的复杂度。好在此时,强大的concurrent包横空出世了,而他也给我们带来了强大的BlockingQueue。(在多线程领域:所谓阻塞,在某些情况下会挂起线程(即阻塞),一旦条件满足,被挂起的线程又会自动被唤醒)

ArrayBlockingQueue

ArrayBlockingQueue是一个有边界的阻塞队列,它的内部实现是一个数组。有边界的意思是它的容量是有限的,我们必须在其初始化的时候指定它的容量大小,容量大小一旦指定就不可改变。

ArrayBlockingQueue是以先进先出的方式存储数据,最新插入的对象是尾部,最新移出的对象是头部。

LinkedBlockingQueue

LinkedBlockingQueue阻塞队列大小的配置是可选的,如果我们初始化时指定一个大小,它就是有边界的,如果不指定,它就是无边界的。说是无边界,其实是采用了默认大小为Integer.MAX_VALUE的容量 。它的内部实现是一个链表。和ArrayBlockingQueue一样,LinkedBlockingQueue 也是以先进先出的方式存储数据,最新插入的对象是尾部,最新移出的对象是头部。

PriorityBlockingQueue

PriorityBlockingQueue是一个没有边界的队列,它的排序规则和 java.util.PriorityQueue一样。需要注 意,PriorityBlockingQueue中允许插入null对象。

所有插入PriorityBlockingQueue的对象必须实现 java.lang.Comparable接口,队列优先级的排序规则就 是按照我们对这个接口的实现来定义的。另外,我们可以从PriorityBlockingQueue获得一个迭代器Iterator,但这个迭代器并不保证按照优先级顺 序进行迭代。

SynchronousQueue

SynchronousQueue队列内部仅允许容纳一个元素。当一个线程插入一个元素后会被阻塞,除非这个元素被另一个线程消费。

以上是关于并发阻塞队列和非阻塞队列详解的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

并发队列ConcurrentLinkedQueue和阻塞队列LinkedBlockingQueue用法

并发队列

java并发容器类

java并发之ConcurrentLinkedQueue

阻塞队列和非阻塞队列

阻塞队列