Varias colas de bloqueo en Java

La BlockingQueueinterfaz en Java es una cola de acceso segura para subprocesos, adecuada para escenarios de aplicaciones de productores y consumidores, y admite dos operaciones adicionales:

El hilo del productor continuará poniendo datos en la cola de bloqueo hasta que la cola esté llena. Cuando la cola está llena, el subproceso productor se bloquea y espera a que el subproceso consumidor obtenga datos.
El hilo del consumidor continuará obteniendo datos de la cola de bloqueo hasta que la cola esté vacía. Una vez que la cola está vacía, el hilo del consumidor se bloquea esperando que el hilo del productor coloque datos.

Interfaz BlockingQueue

BlockingQueueProporciona cuatro métodos de procesamiento diferentes.

	Lanzar una excepción	Devolver valor especial	Sigue bloqueando	Salida del tiempo de espera
Insertar método	añadir (o)	oferta (o)	poner (o)	oferta (o, tiempo de espera, unidad de tiempo)
Método de eliminación	quitar (o)	encuesta()	tomar (o)	encuesta (o, tiempo de espera, unidad de tiempo)
Método de inspección	elemento()	ojeada()	-	-

Lanza una excepción :
- agregar: Al insertar datos, si la cola de bloqueo está llena, se IllegalStateExceptionlanzará una excepción ; de lo contrario, la inserción regresará correctamente true. Cuando se utiliza una cola de capacidad limitada para bloquear la cola, se recomienda utilizar el offermétodo.
  - IllegalStateException - si el elemento no se puede agregar en este momento debido a restricciones de capacidad
  - ClassCastException - si la clase del elemento especificado impide que se agregue a esta cola
  - NullPointerException - si el elemento especificado es nulo
  - IllegalArgumentException - si alguna propiedad del elemento especificado impide que se agregue a esta cola
- eliminar: Al eliminar datos, si hay estos datos en la cola, la eliminación se devolverá correctamente true, de lo contrario, se devolverá false. Si contiene uno o más objetos, solo elimine uno y regrese true. Nota:remove(o) es BlockingQueueel método remove()de la Queueinterfaz , es el método de la interfaz.
- elemento: si la cola está vacía, se lanza una excepción NoSuchElementException. Si la cola no está vacía, el jefe de los datos de consulta devuelve cola, pero no elimina los datos , esto es diferente de la remove(), elementmisma Queuemétodo de interfaz.
Devuelve un valor especial :
- oferta: al insertar datos, si la cola de bloqueo no está llena, entonces la inserción es exitosa y regresa true, de lo contrario se devuelve false. Cuando se utiliza una cola de bloqueo limitada (cola de capacidad limitada), se recomienda utilizar el offermétodo, no el addmétodo que genera una excepción .
- encuesta: este método es una Queueinterfaz. Si la cola no está vacía, consulte, elimine y devuelva el elemento principal de la cola. Si la cola está vacía, regrese null.
- peek: este método es una Queueinterfaz. Si la cola está vacía, regresa null, que es diferente poll. Si la cola no está vacía, la consulta devuelve los datos al principio de la cola, pero no elimina los datos, que es diferente remove().
Siempre bloqueado :
- put: Al insertar datos, si la cola está llena, la cola de espera de bloqueo está disponible, y si se interrumpe durante el período de espera, se lanzará InterruptedException.
- tomar: Consulta, elimina y devuelve el elemento principal de la cola. Si la cola está vacía, entonces la cola de espera de bloqueo está disponible. Si se interrumpe durante el período de espera, lanza InterruptedException.
Salir después del tiempo de espera :
- oferta: al insertar datos, si la cola está llena, entonces bloquee el tiempo especificado esperando que la cola esté disponible, y si se interrumpe durante el período de espera, entonces tírela InterruptedException. Si la inserción es exitosa, regrese true, si la cola aún no está disponible después del tiempo especificado, regrese false.
- poll: Consulta, borra y devuelve el elemento de cabecera de la cola. Si la cola está vacía, se bloqueará por el tiempo especificado y esperará a que la cola esté disponible. Si se interrumpe durante el período de espera, se lanzará InterruptedException. Si la eliminación se realiza correctamente, devuelva el elemento principal de la cola, si la cola aún no está disponible después del tiempo especificado, vuelva null.

QueueNo puede insertar nulo en la cola, de lo contrario se lanzará NullPointerException.

Cola de bloqueo en Java

JDK7 proporciona 7 colas de bloqueo. Respectivamente son

ArrayBlockingQueue: una cola de bloqueo limitada compuesta por una estructura de matriz.
LinkedBlockingQueue: una cola de bloqueo limitada compuesta por una estructura de lista enlazada.
PriorityBlockingQueue: una cola de bloqueo ilimitada que admite la clasificación de prioridad.
DelayQueue: una cola de bloqueo ilimitada implementada utilizando colas de prioridad.
SynchronousQueue: una cola de bloqueo que no almacena elementos.
LinkedTransferQueue: una cola de bloqueo ilimitada compuesta por una estructura de lista enlazada.
LinkedBlockingDeque: Una cola de bloqueo bidireccional compuesta por una estructura de lista enlazada.

ArrayBlockingQueue

ArrayBlockingQueueEs una cola de bloqueo limitada primero en entrar, primero en salir (FIFO) basada en matrices.

Al crear una cola, debe especificar la capacidad de la cola (capacidad), es decir, el tamaño de la matriz.
Al crear una cola, puede pasar Collectionpara inicializar los elementos de la cola.
Una vez que se crea la cola, la capacidad de la cola no se puede cambiar.
La cola admite el modo justo y el modo injusto, y el modo predeterminado es el modo injusto.
Solo hay un bloqueo en la cola, el bloqueo de escritura y el bloqueo de lectura no están separados y el control de concurrencia adopta el algoritmo clásico de dos condiciones ( notEmpty, notFull).

LinkedBlockingQueue

LinkedBlockingQueueEs una cola de bloqueo limitada opcionalmente basada en un primero en entrar, primero en salir (FIFO) de nodos vinculados.

Al crear una cola, para evitar gastos generales adicionales, puede especificar la capacidad de la cola; si no especifica la capacidad de la cola, la capacidad de la cola predeterminada es Integer.MAX_VALUE.
Al crear una cola, puede pasar Collectionpara inicializar los elementos de la cola. En este momento, no puede especificar la capacidad de la cola. El valor predeterminado es Integer.MAX_VALUE.
Cola de countnúmero de un elemento de la cola que se utiliza actualmente AtomicIntegerpara prevenir puty takecompetencia.
La ArrayBlockingQueuediferencia es LinkedBlockingQueueque hay dos bloqueos en la cola, el bloqueo de lectura y el bloqueo de escritura están separados.
Cuando está en uso LinkedBlockingQueue, si el tamaño de la cola es el valor predeterminado y la velocidad de producción es mayor que la velocidad de consumo, se puede producir un desbordamiento de la memoria.
LinkedBlockingQueueEn teoría, ArrayBlockingQueuetiene un rendimiento más alto, pero en la mayoría de los escenarios de aplicación práctica, no funciona bien.

PriorityBlockingQueue

PriorityBlockingQueueEs una cola de bloqueo ilimitada basada en matriz que admite prioridad. La estructura de datos de esta cola es un montón.

Al crear una cola, si especifica la capacidad inicial (initialCapacity), la capacidad inicial predeterminada DEFAULT_INITIAL_CAPACITYes 11.
Al crear una cola, puede especificar la capacidad inicial de la cola (initialCapacity), no la capacidad de la cola (capacidad).
PriorityBlockingQueueLo ilimitado (ilimitado) relativo al LinkedBlockingQueuelimitado opcional (limitado opcionalmente), ilimitado significa que la capacidad máxima de la cola no se puede especificar al crear la cola, no que PriorityBlockingQueueno sea ilimitada. LinkedBlockingQueueEl valor predeterminado (tenga en cuenta que esto se refiere a la capacidad predeterminada, es decir, puede especificar Integer.MAX_VALUEun valor mayor que ) la capacidad máxima es Integer.MAX_VALUEy PriorityBlockingQueuela capacidad máxima es MAX_ARRAY_SIZE=Integer.MAX_VALUE-8.
PriorityBlockingQueueOtro significado de ilimitado es que el subproceso productor no se bloqueará porque la cola está llena, porque la cola no está limitada y no existe la capacidad total. offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)Los dos últimos parámetros no tienen efecto, mirando el código fuente, se encuentra que la implementación del método se llama directamente offer(e). Pero cuando la cola está vacía, taketodavía se bloqueará.
offer(e)Nunca regrese false, offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)nunca regrese falseo bloquee.
PriorityBlockingQueueLa cola se implementa a través de una matriz. Cuando la matriz original está llena, la capacidad de la cola se expande al copiar la matriz. Si la capacidad de la matriz recién expandida excede MAX_ARRAY_SIZE, se lanzará OutOfMemoryErroruna excepción.
De forma predeterminada, los elementos se organizan en orden natural y el comparador también puede especificar las reglas de clasificación de los elementos. Los elementos están dispuestos en orden ascendente.

DelayQueue

DelayQueueSe basa en la PriorityQueueimplementación de una cola de bloqueo que soporta la adquisición retardada de elementos.

DelayQueueLos objetos almacenados en deben implementar la Delayedinterfaz.
Si no hay ningún elemento de vencimiento, entonces no hay ninguno heady el pollmétodo devuelve nulo.
Cuando el getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS)valor de retorno de un elemento es menor o igual a 0, el elemento caduca.
Aunque los elementos no vencidos no se pueden usar takeni polleliminar, estos elementos no vencidos se tratan igual que los elementos vencidos. Por ejemplo, sizela cantidad devuelta por el método es la suma de los elementos vencidos y los no vencidos.

DelayQueueEscenarios aplicables:

Cierre los enlaces inactivos. Hay muchos enlaces inactivos en el servidor, después de un cierto período de tiempo, ciérrelos.
Elimina la caché caducada. Después de un cierto período de tiempo, elimine algunos objetos almacenados en caché.
Procesamiento del tiempo de espera de la tarea. En la interacción de respuesta de solicitud de ventana deslizante del protocolo de red, procesamiento de solicitudes que no responden al tiempo de espera.
Después de 60 segundos después de que se genera el pedido, se enviará una notificación por SMS al usuario.
15 minutos después de que se realiza el pedido, si el usuario no paga, el pedido se cierra.

A través de los varios ejemplos de escenas anteriores, se puede ver que es DelayQueueadecuado para realizar ciertos procesos comerciales después de un cierto período de tiempo .

SynchronousQueue

SynchronousQueueNo hay búfer de datos BlockingQueue.

La inserción de un subproceso debe esperar a que se complete la operación de eliminación de otro subproceso, y viceversa.
SynchronousQueueAdecuado para diseños de transferencia, es decir, un escenario en el que un objeto que se ejecuta en un subproceso necesita pasar cierta información, tareas o eventos a un objeto que se ejecuta en otro subproceso.
SynchronousQueueApoye modelos justos e injustos.
No se puede hacer en una cola sincronizada peek, porque el elemento solo existe cuando se intenta eliminarlo.
La cola no se puede iterar porque no hay elementos disponibles para la iteración.
Executors.newCachedThreadPool()SynchronousQueueLa cola se usa en .

LinkedTransferQueue

LinkedTransferQueueEs una cola de bloqueo ilimitada basada en nodos vinculados.

Cola ilimitada ( Integer.MAX_VALUE), la cola de entrada y salida adopta el principio FIFO (primero en entrar, primero en salir).
El productor bloqueará hasta que los elementos agregados a la cola sean consumidos por un determinado consumidor. Se utiliza principalmente para la transmisión de mensajes entre hilos, que SynchronousQueuees muy similar pero SynchronousQueuemejor que eso.
LinkedTransferQueuePuede usar BlockingQueueel putmétodo para realizar operaciones regulares de adición de elementos o puede usar el transfermétodo para bloquear la adición.
En comparación con la SynchronousQueueflexibilidad, la longitud de la cola es distinta de cero y pueden coexistir elementos de inserción de bloqueo e inserción de no bloqueo.
Si actualmente hay un consumidor esperando recibir un elemento (cuando el consumidor usa un take()método o un método con un límite de tiempo poll()), el transfermétodo puede transferir inmediatamente el elemento pasado por el productor al consumidor. Si no hay ningún consumidor esperando recibir el elemento, el transfermétodo almacenará el elemento en el tailnodo de la cola y esperará hasta que el consumidor lo consuma antes de regresar.

LinkedBlockingDeque

LinkedBlockingDueueEs una cola de bloqueo bidireccional limitada opcionalmente basada en nodos vinculados.

La cola de bloqueo admite los modos de operación FIFO y FILO, es decir, operaciones simultáneas (insertar / eliminar) desde el principio y el final de la cola.
La cola de bloqueo es segura para subprocesos.
Al inicializar LinkedBlockingDeque, puede configurar la capacidad para evitar su expansión excesiva.
La cola de bloqueo bidireccional se puede utilizar en el modo "robo de trabajo" ( robo de trabajo ).