java并发包提供的三种常用并发队列实现

Posted 2021-11-26 keiyoumi520

java并发包中提供了三个常用的并发队列实现，分别是：ConcurrentLinkedQueue、LinkedBlockingQueue和ArrayBlockingQueue。

ConcurrentLinkedQueue使用的是CAS原语无锁队列实现，是一个异步队列，入队速度很快，出队进行了加锁，性能稍慢；

LinkedBlockingQueue也是阻塞队列，入队和出队都用了加锁，当队空的时候线程会暂时阻塞；当队空的时候线程会暂时阻塞；

ArrayBlockingQueue是初始容器固定的阻塞队列，我们可以用来作为数据库模块成功竞拍的队列，比如有10个商品，那么我们就设定一个10大小的数组队列。

一、BlockingQueue接口

      BlockingQueue接口定义了一种阻塞的FIFO queue，每一个BlockingQueue都有一个容量，让容量满时往BlockingQueue中添加数据时会造成阻塞，当容量为空时取元素操作会阻塞。

二、ArrayBlockingQueue

    ArrayBlockingQueue是一个由数组支持的有界阻塞队列。在读写操作上都需要锁住整个容器，因此吞吐量与一般的实现是相似的，适合于实现“生产者消费者”模式。

三、LinkedBlockingQueue

     LinkedBlockingQueue内部维持着一个数据缓冲队列（该队列由一个链表构成），当生产者往队列中放入一个数据时，队列会从生产者手中获取数据，并缓存在队列内部，而生产者立即返回；只有当队列缓冲区达到最大值缓存容量时（LinkedBlockingQueue可以通过构造函数指定该值），才会阻塞生产者队列，直到消费者从队列中消费掉一份数据，生产者线程会被唤醒，反之对于消费者这端的处理也基于同样的原理。而LinkedBlockingQueue之所以能够高效的处理并发数据，还因为其对于生产者端和消费者端分别采用了独立的锁来控制数据同步，这也意味着在高并发的情况下生产者和消费者可以并行地操作队列中的数据，以此来提高整个队列的并发性能。

  3. 队列大小初始化方式不同
     ArrayBlockingQueue是有界的，必须指定队列的大小；
     LinkedBlockingQueue是无界的，可以不指定队列的大小，但是默认是Integer.MAX_VALUE。当然也可以指定队列大小，从而成为有界的；

注意:
1.    在使用LinkedBlockingQueue时，若用默认大小且当生产速度大于消费速度时候，有可能会内存溢出;
2.    在使用ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue分别对1000000个简单字符做入队操作时，
       LinkedBlockingQueue的消耗是ArrayBlockingQueue消耗的10倍左右，
       即LinkedBlockingQueue消耗在1500ms左右，而ArrayBlockingQueue只需150ms左右。

性能测试：不限容量的LinkedBlockingQueue的吞吐量 > ArrayBlockingQueue > 限定容量的LinkedBlockingQueue

     LinkedBlockingQueue内部使用ReentrantLock实现插入锁(putLock)和取出锁(takeLock)。putLock上的条件变量是notFull，即可以用notFull唤醒阻塞在putLock上的线程。takeLock上的条件变量是notEmtpy，即可用notEmpty唤醒阻塞在takeLock上的线程。

四、ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue的区别

     1. 队列中锁的实现不同

　　 ArrayBlockingQueue实现的队列中的锁是没有分离的，即生产和消费用的是同一个锁；

     LinkedBlockingQueue实现的队列中的锁是分离的，即生产用的是putLock，消费是takeLock；

2. 在生产或消费时操作不同

     ArrayBlockingQueue基于数组，在生产和消费的时候，是直接将枚举对象插入或移除的，不会产生或销毁任何额外的对象实例；
     LinkedBlockingQueue基于链表，在生产和消费的时候，需要把枚举对象转换为Node<E>进行插入或移除，会生成一个额外的Node对象，这在长时间内需要高效并发地处理大批量数据的系统中，其对于GC的影响还是存在一定的区别；

注意:
1.    在使用LinkedBlockingQueue时，若用默认大小且当生产速度大于消费速度时候，有可能会内存溢出;
2.    在使用ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue分别对1000000个简单字符做入队操作时，
       LinkedBlockingQueue的消耗是ArrayBlockingQueue消耗的10倍左右，
       即LinkedBlockingQueue消耗在1500ms左右，而ArrayBlockingQueue只需150ms左右。

性能测试：不限容量的LinkedBlockingQueue的吞吐量 > ArrayBlockingQueue > 限定容量的LinkedBlockingQueue

五、添加、删除元素的区别

添加元素的方法有三个：add,put,offer

1、add方法： LinkedBlockingQueue构造的时候若没有指定大小，则默认大小为Integer.MAX_VALUE，当然也可以在构造函数的参数中指定大小。LinkedBlockingQueue不接受null。add方法在添加元素的时候，若超出了度列的长度会直接抛出异常;

2、put方法：若向队尾添加元素的时候发现队列已经满了会发生阻塞一直等待空间，以加入元素;

3、offer方法：  offer方法在添加元素时，如果发现队列已满无法添加的话，会直接返回false。

poll: 若队列为空，返回null。

remove:若队列为空，抛出NoSuchElementException异常。

take:若队列为空，发生阻塞，等待有元素。