java中的阻塞和非阻塞队列

实现一个队列的线程安全，有两种方式：
	1）使用阻塞队列，即出队和入队共用一把锁或者各自使用一把锁来实现
	2）非阻塞队列：可以利用循环CAS的方式实现

java中的阻塞队列

阻塞队列是一个支持两个附加操作的队列，即支持阻塞的插入和移除。
	1. 阻塞的插入：当前队列已经满了的时候，队列会阻塞插入元素的线程，直到队列不满
	2. 阻塞的移除：当前队列为空的时候，获取元素的队列会阻塞直到队列为非空。
处理方式：抛出异常，返回特殊值，一直阻塞或者超时退出。
经常用于生产者和消费者模式。
  • java中的7个阻塞队列：
  1. ArrayBlockingQueue：由数组结构组成的有界阻塞队列
  2. LinkedBlockingQueue: 链表结构组成的有界阻塞队列
  3. PriorityBlockingQueue: 支持优先级排序的无界阻塞队列
  4. DelayQueue：使用优先级队列实现的无界阻塞队列
  5. SynchronousQueue：不存储元素的阻塞队列
  6. LinkedTransferQueue: 链表组成的无界阻塞队列
  7. LinkedBlockingDeque：链表结构组成的双向阻塞队列
  1. ArrayBlockingQueue
    数组结构组成的有界阻塞队列，可以实现公平阻塞或者非公平阻塞（源码内部是通过可重入锁ReentrantLock实现的）
    ArrayBlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue(1000, true);
  2. LinkedBlockingQueue
    链表结构组成的有界阻塞队列，队列的默认和最大长度是Integer.MAX_VALUE。吞吐量比ArrayBlockQueue要高。
  • 静态工厂方法：Executors.newFixedThreadPool()使用了这个队列。
  1. PriorityBlockingQueue
    支持优先级排序的无界阻塞队列，默认情况下是按照自然顺序进行升序排序的。可以自定义类实现CompareTo()方法来指定元素排序规则或者在初始化的时候指定构造参数Comparator来对元素进行排序。但是不能保证同优先级元素的顺序。
  2. DelayQueue
    支持延时获取元素的无界阻塞队列，队列使用PriorityQueue实现，队列中的元素必须实现了Delayed接口，在创建元素的时候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。
  • 缓存系统的设计：可以用DelayQueue保存元素的有效期，一旦从队列中提取元素时，就表示该元素的有效期到了
  • 定时任务调查：使用DelayQueue保存任务和任务的定时器
  1. SynchronousQueue
  • 不存储元素的阻塞队列，每一个put操作都必须等待一个take操作，否则不能继续添加元素。支持公平访问，但是默认是非公平的。
  • 适合传递性场景，吞吐量比ArrayBlockingQueue和LInkedBlockingQueue要高。
  • 静态工厂方法Executors.newCachedThreadPool使用该队列。
  1. LinkedTransferQueue
    由链表结构构成的无界阻塞队列，主要多了tryTransfer和transfer方法。
    transfer方法：如果当前有消费者正在等待接收元素，该方法就直接把生产者传入的元素传递给消费者，否则的话，会将该元素放在队列的tail节点，并等待被消费者消费了才返回。
    tryTransfer方法:与tansefer不同的是，它会立即返回，即使无消费者接收该元素，也会立即返回false。
  2. LinkedBlockingDeque
    链表结构组成的双端阻塞队列，初始化时设置其容量防止多度膨胀。适用于工作窃取模式中。

阻塞队列的实现原理

使用等待通知机制

非阻塞队列

concurrentLinkedQueue：利用循环CAS来实现线程安全。它是一个基于链表的无界线程安全队列。
  1. ConcurrentLinkedQueue的结构
    由head节点和tail节点构成，默认情况下head节点的元素为空，tail节点等于head节点。
  2. 节点入队：定位出尾节点，然后利用CAS算法将尾节点的下一个节点指向新加节点（tail节点不一定是尾节点，可以通过tail节点去定位尾节点）
  3. 节点出队：首先获取头节点的元素，然后判断头节点元素是否为空，如果为空，表示另外一个线程已经进行了一次出队操作将该节点的元素取走；如果不为空，则使用CAS的方式将头节点的引用设置成null，如果CAS成功，则直接返回头节点的元素，如果不成功，表示另外一个线程已经进行了一次出队操作更新了head节点，导致元素发生了变化，需要重新获取头节点。
  4. peek()方法后head会指向第一个具有非空元素的节点。
  5. size()方法用来获取当前队列的元素个数，但是因为没加锁，所以可能不精确，建议用isEmpty()

不设置tail节点为尾节点的好处（头节点类似）：

  • 让tail节点永远作为队列的尾节点，每次都需要使用循环CAS更新tail节点。减少CAS更新tail节点的次数，就能提高入队的效率。