java 线程安全并发Queue

并发Queue

在并发的队列上jdk提供了两套实现，一个是以ConcurrentLinkedQueue为代表的高性能队列，一个是以BlockingQueue接口为代表的阻塞队列，无论在那种都继承自Queue。 

如图继承Queue共有二十四个： 

ConcurrentLinkedQueue

概念理解

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BlockingQueueo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，这两个方法投有任何区别）

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。

案例

import java.util.concurrent.ConcurrentLinkedQueue;

public class ConcurrentLinkedQueue_Test {
	public static void main(String[] args) throws Exception {

		// 高性能无阻塞无界队列：ConcurrentLinkedQueue

		ConcurrentLinkedQueue<String> q = new ConcurrentLinkedQueue<String>();
		q.offer("a");
		q.offer("b");
		q.offer("c");
		q.offer("d");
		q.add("e");

		System.out.println("从头部取出元素，并从队列里删除 >> " + q.poll()); // a
																// 从头部取出元素，并从队列里删除
		System.out.println("删除后的长度 >> " + q.size()); // 4
		System.out.println("取出头部元素 >> " + q.peek()); // b
		System.out.println("长度 >> " + q.size()); // 4
	}

}

打印结果：

从头部取出元素，并从队列里删除 >> a
删除后的长度 >> 4
取出头部元素 >> b
长度 >> 4

BlockingQueue接口

ArrayBlockingQueue：基于数组的阻塞队列实现，在ArrayBlockingQueue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，也叫有界队列，在很多场合非常适合使用。

LinkedBlockingQueue：基于链表的阻塞队列，同ArrayBlockingQueue类似，其内部也维持着一个数据缓冲队列〈该队列由一个链表构成），LinkedBlockingQueue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,他是一个无界队列。

SynchronousQueue：一种没有缓冲的队列，生产者产生的数据直接会被消费者获取并消费。

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，他也是一个无界的队列。

DelayQueue：带有延迟时间的Queue，其中的元素只有当其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。

ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、synchronousQueue案例

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.concurrent.SynchronousQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class ConcurrentLinkedQueue_Test {
	public static void main(String[] args) throws Exception {

		System.out.println("--------------- ArrayBlockingQueue --------------");
		// 阻塞队列 有长度的队列
		ArrayBlockingQueue<String> array = new ArrayBlockingQueue<String>(5);
		array.put("a");
		array.put("b");
		array.add("c");
		array.add("d");
		array.add("e");
		// 返回一个布尔类型 在3秒之内能不能加入 不能返回false
		System.out.println(array.offer("a", 3, TimeUnit.SECONDS));
		System.out.println("所有数据  >>  " + array.toString());

		System.out
				.println("--------------- LinkedBlockingQueue --------------");
		// 阻塞队列 无长度限制队列
		LinkedBlockingQueue<String> q = new LinkedBlockingQueue<String>();
		q.offer("a");
		q.offer("b");
		q.offer("c");
		q.offer("d");
		q.offer("e");
		q.add("f");
		System.out.println("总长度  >>  " + q.size());

		for (Iterator iterator = q.iterator(); iterator.hasNext();) {
			String string = (String) iterator.next();
			System.out.print(string + " -- ");
		}
		System.out.println();
		List<String> list = new ArrayList<String>();
		// 在 q 的队列中取三个元素放到list 队列里
		System.out.println(q.drainTo(list, 3));
		System.out.println("取出LinkedBlockingQueue数据放到list列表的长度为   >>  "
				+ list.size());
		for (String string : list) {
			System.out.print(string + " -- ");
		}
		System.out.println();
		System.out.println("--------------- SynchronousQueue --------------");

		final SynchronousQueue<String> q1 = new SynchronousQueue<String>();
		Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				try {

					System.out.println(Thread.currentThread().getName()
							+ "取数据  " + q1.take());
				} catch (InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				}
			}
		});
		t1.start();
		Thread t2 = new Thread(new Runnable() {

			@Override
			public void run() {
				q1.add("b");
				System.out
						.println(Thread.currentThread().getName() + "加入数据  b");
			}
		});
		t2.start();

	}

}

打印结果

--------------- ArrayBlockingQueue --------------
false
所有数据  >>  [a, b, c, d, e]
--------------- LinkedBlockingQueue --------------
总长度  >>  6
a -- b -- c -- d -- e -- f --
3
取出LinkedBlockingQueue数据放到list列表的长度为   >>  3
a -- b -- c --
--------------- SynchronousQueue --------------
Thread-1加入数据  b
Thread-0取数据  b

PriorityBlockingQueue 案例

Task.java

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;
    }

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

    public String toString(){
        return this.id + "," + this.name;
    }

}

UsePriorityBlockingQueue.java

public class UsePriorityBlockingQueue {

    public static void main(String[] args) throws Exception{

        PriorityBlockingQueue<Task> q2 = new PriorityBlockingQueue<Task>();

        Task t1 = new Task();
        t1.setId(3);
        t1.setName("id为3");
        Task t2 = new Task();
        t2.setId(4);
        t2.setName("id为4");
        Task t3 = new Task();
        t3.setId(1);
        t3.setName("id为1");
        Task t4 = new Task();
        t4.setId(2);
        t4.setName("id为2");

        //return this.id > task.id ? 1 : 0;
        q2.add(t1); //3
        q2.add(t2); //4
        q2.add(t3);  //1
        q2.add(t4);

        // 1 3 4
        //第一次取值时候是取最小的后面不做排序
        System.out.println("容器：" + q2);  //[1,id为1, 2,id为2, 3,id为3, 4,id为4]
        //拿出一个元素后  又会取一个最小的出来 放在第一个
        System.out.println(q2.take().getId());
        System.out.println("容器：" + q2);    //[2,id为2, 4,id为4, 3,id为3]
        System.out.println(q2.take().getId());
        System.out.println("容器：" + q2);  //[3,id为3, 4,id为4]

    }
}

打印结果

容器：[1,id为1, 2,id为2, 3,id为3, 4,id为4]
1
容器：[2,id为2, 4,id为4, 3,id为3]
2
容器：[3,id为3, 4,id为4]

DelayQueue 案例

Wangmin.java

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 endTime - System.currentTimeMillis();
	}

	/**
	 * 相互比较排序用
	 */
	@Override
	public int compareTo(Delayed delayed) {
		Wangmin w = (Wangmin) delayed;
		return this.getDelay(this.timeUnit) - w.getDelay(this.timeUnit) > 0 ? 1
				: 0;
	}
}

WangBa.java

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();
		}

	}
}

打印结果：

网吧开始营业
网名路人甲 身份证123交钱1块,开始上机...
网名路人乙 身份证234交钱10块,开始上机...
网名路人丙 身份证345交钱5块,开始上机...
网名路人甲 身份证123时间到下机...
网名路人丙 身份证345时间到下机...
网名路人乙 身份证234时间到下机...

BlockingQueue 接口的重要方法

放入数据：

offer(anObject):表示如果可能的话，将anObject加到BlockingQueue里，即如果BlockingQueue 可以容纳，则返回true，否则返回false．（本方法不阻蹇当前执行方法的线程）

offer(E 0，long timeout, TimeUnit unit),可以设定等待的时间，如果在指定的时间内，还不能往队列中加入BlockingQueue,则返回失败。

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BlokingQue里面有空间再继续，

获取数据：

poll(time)：取走BlokingQueue里排在首位的对象，若不能立即取出，则可以等time参数规定的时间，取不到时返回null

poll(long timeout, Timeunit unit):从blockingQueue取出一个队首的对象，如果在指定时间内，队列一旦有数据可取，则立即返回队列中的数据。否则知道时间超时还没有数据可取，返回失败。

take()：取走引BlockinQueue里排在首位的对象，若BlockingQueue为空，阻断进入等待状态直到BlckingQueue有新的数据被加入；

drainTo()：一次性从BlockingQueue获取所有可用的数据对象（还可以指定获取数据的个数），通过该方法，可以提升获取数据效率：不需要多次分批加锁或释放锁。

Deque 双端队列

Deque允许在队列的头部活尾部进行出队和入队操作。

LinkedBlockingDeque是一个线程安全的双端队列实现，可以说他是最为复杂的一种队列，在内部实现维护了前端和后端节点，但是其没有实现读写分离，因此同一时间只能有一个线程对其讲行操作。在高并发中性能要远低于其他引。BlockingQueue。更要低于ConcurrentLinkedQueue，布jdk早期有一个非线程安全的Deque就是ArryDeque了， java6里添加了LinkBlockingDeque来弥补多线程场景下线程安全的问题。

案例

public class UseDeque {

    public static void main(String[] args) {

        LinkedBlockingDeque<String> dq = new LinkedBlockingDeque<String>(10);
        dq.addFirst("a");
        dq.addFirst("b");
        dq.addFirst("c");
        dq.addFirst("d");
        dq.addFirst("e");
        dq.addLast("f");
        dq.addLast("g");
        dq.addLast("h");
        dq.addLast("i");
        dq.addLast("j");
        //dq.offerFirst("k");
        System.out.println("查看头元素：" + dq.peekFirst());
        System.out.println("获取尾元素：" + dq.pollLast());
        Object [] objs = dq.toArray();
        for (int i = 0; i < objs.length; i++) {
            System.out.print(objs[i] + " -- ");
        }

    }
}

打印结果：

查看头元素：e
获取尾元素：j
e -- d -- c -- b -- a -- f -- g -- h -- i --

LinkedBlockingDeque 方法说明

// 创建一个容量为 Integer.MAX_VALUE 的 LinkedBlockingDeque。
LinkedBlockingDeque()
// 创建一个容量为 Integer.MAX_VALUE 的 LinkedBlockingDeque，最初包含给定 collection 的元素，以该 collection 迭代器的遍历顺序添加。
LinkedBlockingDeque(Collection<? extends E> c)
// 创建一个具有给定（固定）容量的 LinkedBlockingDeque。
LinkedBlockingDeque(int capacity)
// 在不违反容量限制的情况下，将指定的元素插入此双端队列的末尾。
boolean add(E e)
// 如果立即可行且不违反容量限制，则将指定的元素插入此双端队列的开头；如果当前没有空间可用，则抛出 IllegalStateException。
void addFirst(E e)
// 如果立即可行且不违反容量限制，则将指定的元素插入此双端队列的末尾；如果当前没有空间可用，则抛出 IllegalStateException。
void addLast(E e)
// 以原子方式 (atomically) 从此双端队列移除所有元素。
void clear()
// 如果此双端队列包含指定的元素，则返回 true。
boolean contains(Object o)
// 返回在此双端队列的元素上以逆向连续顺序进行迭代的迭代器。
Iterator<E> descendingIterator()
// 移除此队列中所有可用的元素，并将它们添加到给定 collection 中。
int drainTo(Collection<? super E> c)
// 最多从此队列中移除给定数量的可用元素，并将这些元素添加到给定 collection 中。
int drainTo(Collection<? super E> c, int maxElements)
// 获取但不移除此双端队列表示的队列的头部。
E element()
// 获取，但不移除此双端队列的第一个元素。
E getFirst()
// 获取，但不移除此双端队列的最后一个元素。
E getLast()
// 返回在此双端队列元素上以恰当顺序进行迭代的迭代器。
Iterator<E> iterator()
// 如果立即可行且不违反容量限制，则将指定的元素插入此双端队列表示的队列中（即此双端队列的尾部），并在成功时返回 true；如果当前没有空间可用，则返回 false。
boolean offer(E e)
// 将指定的元素插入此双端队列表示的队列中（即此双端队列的尾部），必要时将在指定的等待时间内一直等待可用空间。
boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)
// 如果立即可行且不违反容量限制，则将指定的元素插入此双端队列的开头，并在成功时返回 true；如果当前没有空间可用，则返回 false。
boolean offerFirst(E e)
// 将指定的元素插入此双端队列的开头，必要时将在指定的等待时间内等待可用空间。
boolean offerFirst(E e, long timeout, TimeUnit unit)
// 如果立即可行且不违反容量限制，则将指定的元素插入此双端队列的末尾，并在成功时返回 true；如果当前没有空间可用，则返回 false。
boolean offerLast(E e)
// 将指定的元素插入此双端队列的末尾，必要时将在指定的等待时间内等待可用空间。
boolean offerLast(E e, long timeout, TimeUnit unit)
// 获取但不移除此双端队列表示的队列的头部（即此双端队列的第一个元素）；如果此双端队列为空，则返回 null。
E peek()
// 获取，但不移除此双端队列的第一个元素；如果此双端队列为空，则返回 null。
E peekFirst()
// 获取，但不移除此双端队列的最后一个元素；如果此双端队列为空，则返回 null。
E peekLast()
// 获取并移除此双端队列表示的队列的头部（即此双端队列的第一个元素）；如果此双端队列为空，则返回 null。
E poll()
// 获取并移除此双端队列表示的队列的头部（即此双端队列的第一个元素），如有必要将在指定的等待时间内等待可用元素。
E poll(long timeout, TimeUnit unit)
// 获取并移除此双端队列的第一个元素；如果此双端队列为空，则返回 null。
E pollFirst()
// 获取并移除此双端队列的第一个元素，必要时将在指定的等待时间等待可用元素。
E pollFirst(long timeout, TimeUnit unit)
// 获取并移除此双端队列的最后一个元素；如果此双端队列为空，则返回 null。
E pollLast()
// 获取并移除此双端队列的最后一个元素，必要时将在指定的等待时间内等待可用元素。
E pollLast(long timeout, TimeUnit unit)
// 从此双端队列所表示的堆栈中弹出一个元素。
E pop()
// 将元素推入此双端队列表示的栈。
void push(E e)
// 将指定的元素插入此双端队列表示的队列中（即此双端队列的尾部），必要时将一直等待可用空间。
void put(E e)
// 将指定的元素插入此双端队列的开头，必要时将一直等待可用空间。
void putFirst(E e)
// 将指定的元素插入此双端队列的末尾，必要时将一直等待可用空间。
void putLast(E e)
// 返回理想情况下（没有内存和资源约束）此双端队列可不受阻塞地接受的额外元素数。
int remainingCapacity()
// 获取并移除此双端队列表示的队列的头部。
E remove()
// 从此双端队列移除第一次出现的指定元素。
boolean remove(Object o)
// 获取并移除此双端队列第一个元素。
E removeFirst()
// 从此双端队列移除第一次出现的指定元素。
boolean removeFirstOccurrence(Object o)
// 获取并移除此双端队列的最后一个元素。
E removeLast()
// 从此双端队列移除最后一次出现的指定元素。
boolean removeLastOccurrence(Object o)
// 返回此双端队列中的元素数。
int size()
// 获取并移除此双端队列表示的队列的头部（即此双端队列的第一个元素），必要时将一直等待可用元素。
E take()
// 获取并移除此双端队列的第一个元素，必要时将一直等待可用元素。
E takeFirst()
// 获取并移除此双端队列的最后一个元素，必要时将一直等待可用元素。
E takeLast()
// 返回以恰当顺序（从第一个元素到最后一个元素）包含此双端队列所有元素的数组。
Object[] toArray()
// 返回以恰当顺序包含此双端队列所有元素的数组；返回数组的运行时类型是指定数组的运行时类型。
<T> T[] toArray(T[] a)
// 返回此 collection 的字符串表示形式。
String toString()