12.并发编程--Queue
并发编程--Queue
Queue
- - 非阻塞队列
- - 阻塞队列
Queue是一种特殊的线性表,它只允许在表的前端(front)进行删除操作,而在表的后端(rear)进行插入操作。进行插入操作的端称为队尾,进行删除操作的端称为队头。队列中没有元素时,称为空队列。
在队列这种数据结构中,最先插入的元素将是最先被删除的元素;反之最后插入的元素将是最后被删除的元素,因此队列又称为“先进先出”(FIFO—first in first out)的线性表。
在java5中新增加了java.util.Queue接口,用以支持队列的常见操作。该接口扩展了java.util.Collection接口。主要提供两类的实现:
- * ConcurrentLinkedQueue为代表的高性能的队列
- * BlockingQueue 为代表的阻塞队列
1-1 非阻塞队列
ConcurrentLinkedQueue
ConcurrentLinkedQueue是一个基于链接节点的无界线程安全队列,它采用先进先出的规则对节点进行排序,当我们添加一个元素的时候,它会添加到队列的尾部,当我们获取一个元素时,它会返回队列头部的元素。
它采用了“wait-free”算法来实现,该算法在Michael & Scott算法上进行了一些修改, Michael & Scott算法的详细信息可以参见参考资料一 http://www.cs.rochester.edu/u/michael/PODC96.html
注意他的几个方法:
add(E e) 和 offer(E e) : 都是加入元素的方法 (ConcurrentLinkedQueue 这两个方法没有区别)
poll() 和 peek() 都是取头元素 , 区别在于poll() 获取并移除此队列的头,如果此队列为空,则返回 null。peek()不会删除。
public class MyQueue { public static void main(String[] args) throws Exception { //高性能无阻塞无界队列:ConcurrentLinkedQueue final SynchronousQueue<String> q = new SynchronousQueue<String>();
Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
System.out.println(q.take());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
});
t1.start();
Thread t2 = new Thread(new Runnable() { @Override
public void run() {
q.add("asdasd");
}
});
t2.start();
}
}
ConcurrentLinkedDeque
import java.util.concurrent.LinkedBlockingDeque; public class MyDeque { 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.println(objs[i]);
} }
}
1-2 阻塞队列
JDK提供的阻塞队列:
- ArrayBlockingQueue:
一个由数组结构组成的 有界阻塞队列,遵循FIFO原则。其内部维护一个定长的数组,以便缓存队列中的数据对象,其内部没有实现读写分离,生产者和消费者不能完全并行。
ArrayBlockingQueue是一个用数组实现的有界阻塞队列。此队列按照先进先出(FIFO)的原则对元素进行排序。默认情况下不保证访问者公平的访问队列,所谓公平访问队列是指阻塞的所有生产者线程或消费者线程,
当队列可用时,可以按照阻塞的先后顺序访问队列,即先阻塞的生产者线程,可以先往队列里插入元素,先阻塞的消费者线程,可以先从队列里获取元素。通常情况下为了保证公平性会降低吞吐量。
我们可以使用以下代码创建一个公平的阻塞队列:
ArrayBlockingQueue fairQueue = new ArrayBlockingQueue(1000,true);
访问者的公平性是使用可重入锁实现的,代码如下:
public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {
if (capacity <= 0)
throw new IllegalArgumentException();
this.items = new Object[capacity];
lock = new ReentrantLock(fair);
notEmpty = lock.newCondition();
notFull = lock.newCondition();
}
- LinkedBlockingQueue:
一个由链表结构组成的有界阻塞队列,遵循FIFO原则,默认和最大长度为Integer.MAX_VALUE。同ArrayBlockingQueue类似,其内部也是维护一个数据缓冲队列(由链表构成),
LinkedBlockingQueue 之所以可以高效的处理并发数据,是因为LinkedBlockingQueue内部采用分离锁(读写分离两个锁),从而实现生产者和消费者的操作完成并行运行。
- PriorityBlockingQueue:
一个支持优先级排序的无界阻塞队列。其排序不是加入的时候完成 而是调用take()方法时候进行排序
默认情况下元素采取自然顺序排列,也可以通过比较器comparator来指定元素的排序规则。元素按照升序排列。
实现PriorityBlockingQueue时,内部控制线程同步的锁采用的是公平锁。
示例:MyPriorityBlockingQueue.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;
}
}
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.PriorityBlockingQueue; public class MyPriorityBlockingQueue {
public static void main(String[] args) throws Exception{
PriorityBlockingQueue<Task> q = 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"); //return this.id > task.id ? 1 : 0;
q.add(t1); //
q.add(t2); //
q.add(t3); //1 // 1 3 4
System.out.println("容器:" + q);
System.out.println(q.take().getId()); //其排序不是加入的时候完成 而是调用take()方法时候进行排序
System.out.println("容器:" + q);
// System.out.println(q.take().getId());
// System.out.println(q.take().getId());
}
}
结果输出
容器:[1,id为1, 4,id为4, 3,id为3]
1
容器:[3,id为3, 4,id为4]
- DelayQueue:一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列。
队列使用PriorityQueue来实现。队列中的元素必须实现Delayed接口(队列中的Delayed必须实现compareTo来指定元素的顺序。比如让延时时间最长的放在队列的末尾),在创建元素时可以指定多久才能从队列中获取当前元素。只有在延迟期满时才能从队列中提取元素。
我们可以将DelayQueue运用在以下应用场景:
* 缓存系统的设计:可以用DelayQueue保存缓存元素的有效期,使用一个线程循环查询DelayQueue,一旦能从DelayQueue中获取元素时,表示缓存有效期到了。
* 定时任务调度。使用DelayQueue保存当天将会执行的任务和执行时间,一旦从DelayQueue中获取到任务就开始执行,从比如TimerQueue就是使用DelayQueue实现的。
- SynchronousQueue:一个不存储元素的阻塞队列。
SynchronousQueue是一个不存储元素的阻塞队列。每一个put操作必须等待一个take操作,否则不能继续添加元素。SynchronousQueue可以看成是一个传球手,负责把生产者线程处理的数据直接传递给消费者线程。
队列本身并不存储任何元素,非常适合于传递性场景,比如在一个线程中使用的数据,传递给另外一个线程使用,SynchronousQueue的吞吐量高于LinkedBlockingQueue 和 ArrayBlockingQueue。
- LinkedTransferQueue:一个由链表结构组成的无界阻塞队列。
LinkedTransferQueue是一个由链表结构组成的无界阻塞TransferQueue队列。相对于其他阻塞队列LinkedTransferQueue多了tryTransfer和transfer方法。
* transfer方法。如果当前有消费者正在等待接收元素(消费者使用take()方法或带时间限制的poll()方法时),transfer方法可以把生产者传入的元素立刻transfer(传输)给消费者。
如果没有消费者在等待接收元素,transfer方法会将元素存放在队列的tail节点,并等到该元素被消费者消费了才返回。
transfer方法的关键代码如下:
Node pred = tryAppend(s, haveData);
return awaitMatch(s, pred, e, (how == TIMED), nanos);
第一行代码是试图把存放当前元素的s节点作为tail节点。
第二行代码是让CPU自旋等待消费者消费元素。因为自旋会消耗CPU,所以自旋一定的次数后使用Thread.yield()方法来暂停当前正在执行的线程,并执行其他线程。
- * tryTransfer方法。则是用来试探下生产者传入的元素是否能直接传给消费者。如果没有消费者等待接收元素,则返回false。
和transfer方法的区别是: tryTransfer方法无论消费者是否接收,方法立即返回。而transfer方法是必须等到消费者消费了才返回。
对于带有时间限制的tryTransfer(E e, long timeout, TimeUnit unit)方法,则是试图把生产者传入的元素直接传给消费者,但是如果没有消费者消费该元素则等待指定的时间再返回,
如果超时还没消费元素,则返回false,如果在超时时间内消费了元素,则返回true。
LinkedBlockingDeque是一个由链表结构组成的双向阻塞队列。所谓双向队列指的你可以从队列的两端插入和移出元素。双端队列因为多了一个操作队列的入口,在多线程同时入队时,也就减少了一半的竞争。
相比其他的阻塞队列,LinkedBlockingDeque多了addFirst,addLast,offerFirst,offerLast,peekFirst,peekLast等方法,以First单词结尾的方法,表示插入,获取(peek)或移除双端队列的第一个元素。
以Last单词结尾的方法,表示插入,获取或移除双端队列的最后一个元素。另外插入方法add等同于addLast,移除方法remove等效于removeFirst。
但是take方法却等同于takeFirst,不知道是不是Jdk的bug,使用时还是用带有First和Last后缀的方法更清楚。在初始化LinkedBlockingDeque时可以初始化队列的容量,用来防止其再扩容时过渡膨胀。
另外双向阻塞队列可以运用在“工作窃取”模式中。
12.并发编程--Queue的更多相关文章
- 六星经典CSAPP-笔记(12)并发编程(上)
六星经典CSAPP-笔记(12)并发编程(上) 1.并发(Concurrency) 我们经常在不知不觉间就说到或使用并发,但从未深入思考并发.我们经常能"遇见"并发,因为并发不仅仅 ...
- Python并发编程-queue
Python并发编程-queue 作者:尹正杰 版权声明:原创作品,谢绝转载!否则将追究法律责任. 一.Queue # !/usr/bin/env python # _*_conding:utf-8_ ...
- 12 并发编程-(线程)-线程queue&进程池与线程池
queue 英 /kjuː/ 美 /kju/ 队列 1.class queue.Queue(maxsize=0) #队列:先进先出 import queue q=queue.Queue() q.put ...
- day31_8.12并发编程二线程
一.进程间的通信 在进程中,可以通过Queue队列进行通信,队列有两个特点: 1.先进先出.(先来的数据先被取出) 2.管道式存取.(数据取出一次后就不会在有了) 在python中有以下方法来操作数据 ...
- ~~并发编程(十四):Queue~~
进击のpython ***** 并发编程--Queue 进程其实就提过这个Queue的问题,我们为什么在进程使用Queue? 是因为当时我们想要对共享数据进行修改,同时也希望它能够自动的给我加个锁 基 ...
- 12、Java并发编程:阻塞队列
Java并发编程:阻塞队列 在前面几篇文章中,我们讨论了同步容器(Hashtable.Vector),也讨论了并发容器(ConcurrentHashMap.CopyOnWriteArrayList), ...
- Python 之并发编程之进程下(事件(Event())、队列(Queue)、生产者与消费者模型、JoinableQueue)
八:事件(Event()) # 阻塞事件: e = Event() 生成事件对象e e.wait() 动态给程序加阻塞,程序当中是否加阻塞完全取决于该对象中的is_set() [默认返回值 ...
- 并发编程 12—— 任务取消与关闭 之 shutdownNow 的局限性
Java并发编程实践 目录 并发编程 01—— ThreadLocal 并发编程 02—— ConcurrentHashMap 并发编程 03—— 阻塞队列和生产者-消费者模式 并发编程 04—— 闭 ...
- python并发编程之多进程(二):互斥锁(同步锁)&进程其他属性&进程间通信(queue)&生产者消费者模型
一,互斥锁,同步锁 进程之间数据不共享,但是共享同一套文件系统,所以访问同一个文件,或同一个打印终端,是没有问题的, 竞争带来的结果就是错乱,如何控制,就是加锁处理 part1:多个进程共享同一打印终 ...
随机推荐
- python 运算和流程控制
写在之前 今天突发奇想,想要弄一个微信自动抢红包的程序,首先去百度这个,找到了有两种方法 一种是安装「pocoui」这个第三方库,但没有给出详细代,我就没有使用这个方法. 我用使用的是第二种借助「Ai ...
- java中jar包的使用
1:在工程目录下新建一个文件lib 导入jar包在里面 2:在jar包上右键 ——>build path——>add to bulid path OK!
- sql server lower函数
lower()函数 --将大写字符数据转换为小写字符数据 语法:lower(character_expression) --character_expression是指定要进行转换的字符串
- JS图片轮播[左右轮播
直接可以用,网上摘下来的! <!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" "http ...
- [转载]汇编语言assume伪指令的作用
原文:https://blog.csdn.net/u010234808/article/details/38366943 摘出关键部分: 编写程序,是写给编译软件的.由编译软件,编译成机器码,再去控制 ...
- js中自然日的计算
需求:前端取后端返回的时间与当前时间进行比较展示,展示规则: 1.返回的时间跟当前时间同年同月同日 显示 今天 2.返回的时间与当前时间相差在7天以内 显示 某天前 3.返回的时间与当前时间相差大于7 ...
- 【版本控制工具】 Git基础
一.Git简介 Git 是一个开源的分布式版本控制系统,用于敏捷高效地处理任何或小或大的项目.于是Git 成了帮助管理 Linux 内核开发而开发的一个开放源码的版本控制软件. (Git目前使用率非常 ...
- mybatis原理解析
本文是结合spring-mybatis整合进行的分析 1.先看看依赖的jar包: <dependency> <groupId>org.mybatis</groupId&g ...
- WinRAR去广告
许多解压软件的广告看着令人头疼,今天我就给大家分享一个把WinRAR软件的广告去掉的方法. 环境: win rar restorator 2007(腾讯软件直接下载即可) 步骤: 首先 ...
- Adaptive Synchronization of Dynamics on Evolving Complex Networks
原文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.100.114101 发表在:PRL 2008 ------------- ...