并发编程-concurrent指南-阻塞队列-同步队列SynchronousQueue

SynchronousQueue:同步Queue,属于线程安全的BlockingQueue的一种,此队列设计的理念类似于"单工模式",对于每个put/offer操作,必须等待一个take/poll操作,类似于我们的现实生活中的"火把传递":一个火把传递地他人,需要2个人"触手可及"才行. 因为这种策略,最终导致队列中并没有一个真正的元素;这是一种pipleline思路的基于queue的"操作传递".

如果有生产者，没有消费者，生产者的数据是put不了SynchronousQueue中的。

• void put(E o):向队列提交一个元素,阻塞直到其他线程take或者poll此元素.

• boolean offer(E o):向队列中提交一个元素,如果此时有其他线程正在被take阻塞(即其他线程已准备接收)或者"碰巧"有poll操作,那么将返回true,否则返回false.
• E take():获取并删除一个元素,阻塞直到有其他线程offer/put.
• boolean poll():获取并删除一个元素,如果此时有其他线程正在被put阻塞(即其他线程提交元素正等待被接收)或者"碰巧"有offer操作,那么将返回true,否则返回false.
• E peek():总会返回null,硬编码.

这个队列中,对我们有意义的操作时put/take,以及put/offer + take或者put/take + poll,对于无法进入队列的元素,需要有额外的"拒绝"策略支持.

SynchronousQueue经常用来,一端或者双端严格遵守"单工"(单工作者)模式的场景,队列的两个操作端分别是productor和consumer.常用于一个productor多个consumer的场景。

在ThreadPoolExecutor中,通过Executors创建的cachedThreadPool就是使用此类型队列.已确保,如果现有线程无法接收任务(offer失败),将会创建新的线程来执行.

因为SynchronousQueue没有存储功能，因此put和take会一直阻塞，直到有另一个线程已经准备好参与到交付过程中。仅当有足够多的消费者，并且总是有一个消费者准备好获取交付的工作时，才适合使用同步队列。

SynchronousQueue是这样 一种阻塞队列，其中每个 put 必须等待一个 take，反之亦然。同步队列没有任何内部容量，甚至连一个队列的容量都没有。

不能在同步队列上进行 peek，因为仅在试图要取得元素时，该元素才存在；

也不能迭代队列，因为其中没有元素可用于迭代。队列的头是尝试添加到队列中的首个已排队线程元素； 如果没有已排队线程，则不添加元素并且头为 null。

 注意1：它一种阻塞队列，其中每个 put 必须等待一个 take，反之亦然。
       同步队列没有任何内部容量，甚至连一个队列的容量都没有。
 注意2：它是线程安全的，是阻塞的。
 注意3:不允许使用 null 元素。
 注意4：公平排序策略是指调用put的线程之间，或take的线程之间。
 公平排序策略可以查考ArrayBlockingQueue中的公平策略。
 注意5:SynchronousQueue的以下方法很有趣：
    * iterator() 永远返回空，因为里面没东西。
    * peek() 永远返回null。
    * put() 往queue放进去一个element以后就一直wait直到有其他thread进来把这个element取走。
    * offer() 往queue里放一个element后立即返回，如果碰巧这个element被另一个thread取走了，offer方法返回true，认为offer成功；否则返回false。
    * offer(2000, TimeUnit.SECONDS) 往queue里放一个element但是等待指定的时间后才返回，返回的逻辑和offer()方法一样。
    * take() 取出并且remove掉queue里的element（认为是在queue里的。。。），取不到东西他会一直等。
    * poll() 取出并且remove掉queue里的element（认为是在queue里的。。。），只有到碰巧另外一个线程正在往queue里offer数据或者put数据的时候，该方法才会取到东西。否则立即返回null。
    * poll(2000, TimeUnit.SECONDS) 等待指定的时间然后取出并且remove掉queue里的element,其实就是再等其他的thread来往里塞。
    * isEmpty()永远是true。
    * remainingCapacity() 永远是0。
    * remove()和removeAll() 永远是false。

具体代码：

/**
 * SynchronoutQueue 必须有生产者消费者同时，不然会一直阻塞。
 * 没有生产者和消费者，队列中不会出现数据。
 */
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        SynchronousQueue<Integer> synchronousQueue = new SynchronousQueue<Integer>();

        //生产者，不管几个生产者，只会有一个产品进入队列
        Producer producer = new Producer(synchronousQueue);
        producer.start();
        Producer producer1 = new Producer(synchronousQueue);
        producer1.start();
        Producer producer2 = new Producer(synchronousQueue);
        producer2.start();

        //消费者
        Consumer consumer = new Consumer(synchronousQueue);
        consumer.start();
    }
}

/**
 * 生产者
 */
public class Producer extends Thread{
    private SynchronousQueue<Integer> sychronousQueue;
    public Producer(SynchronousQueue<Integer> sychronousQueue){
        this.sychronousQueue = sychronousQueue;
    }

    @Override
    public void run() {
        while(true){
            int random = new Random().nextInt(1000);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+",生产一个产品："+random);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+",等待三秒后运输出去");
            try {
                Thread.sleep(3000);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+",产品加入队列");
                sychronousQueue.put(random);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+",加入成功");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

/**
 * 消费者
 */
public class Consumer extends Thread{
    private SynchronousQueue<Integer> synchronousQueue;
    public Consumer(SynchronousQueue<Integer> synchronousQueue){
        this.synchronousQueue = synchronousQueue;
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true){
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+",消费者等待");
                int random = synchronousQueue.take();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+",消费者消费了产品："+random);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+",-----------------------------------------------");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

结果：

Thread-2,生产一个产品：329
Thread-2,等待三秒后运输出去
Thread-1,生产一个产品：204
Thread-1,等待三秒后运输出去
Thread-0,生产一个产品：167
Thread-0,等待三秒后运输出去
Thread-3,消费者等待
Thread-1,产品加入队列
Thread-0,产品加入队列
Thread-2,产品加入队列
Thread-3,消费者消费了产品：204
Thread-3,-----------------------------------------------
Thread-3,消费者等待
Thread-1,加入成功
Thread-3,消费者消费了产品：329
Thread-1,生产一个产品：496
Thread-1,等待三秒后运输出去
Thread-2,加入成功
Thread-3,-----------------------------------------------
Thread-3,消费者等待
Thread-2,生产一个产品：272
Thread-2,等待三秒后运输出去
Thread-0,加入成功
Thread-0,生产一个产品：7
Thread-0,等待三秒后运输出去
Thread-3,消费者消费了产品：167
Thread-3,-----------------------------------------------
Thread-3,消费者等待
Thread-1,产品加入队列
Thread-1,加入成功
Thread-1,生产一个产品：804
Thread-3,消费者消费了产品：496
Thread-3,-----------------------------------------------
Thread-3,消费者等待
Thread-1,等待三秒后运输出去
Thread-2,产品加入队列
Thread-2,加入成功
Thread-3,消费者消费了产品：272
Thread-3,-----------------------------------------------
Thread-3,消费者等待
Thread-0,产品加入队列
Thread-2,生产一个产品：648
Thread-2,等待三秒后运输出去
Thread-0,加入成功
Thread-0,生产一个产品：596
Thread-0,等待三秒后运输出去
Thread-3,消费者消费了产品：7
。。。。。。。

从结果中可以看出如果已经生产但是还未消费的，那么会阻塞在生产一直等到消费才能生成下一个。

源码地址：https://github.com/qjm201000/concurrent_synchronousQueue.git