堵塞隊(duì)列

先了解一下生產(chǎn)者消費(fèi)者模式：

生產(chǎn)者就是生產(chǎn)數(shù)據(jù)的一方，消費(fèi)者就是消費(fèi)數(shù)據(jù)的另一方。在多線程開發(fā)中，如果生產(chǎn)者處理速度很快，而消費(fèi)者處理速度很慢，那么生產(chǎn)者就必須等待消費(fèi)者處理完，才能繼續(xù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。如果消費(fèi)者的處理能力大于生產(chǎn)者，那么消費(fèi)者就必須等待生產(chǎn)者。為了解決這種生產(chǎn)消費(fèi)能力不均衡的問題，便有了生產(chǎn)者和消費(fèi)者模式。

生產(chǎn)者和消費(fèi)者模式是通過一個(gè)容器來解決生產(chǎn)者和消費(fèi)者的強(qiáng)耦合問題，即有了MQ（Message Queue）中間件。生產(chǎn)者和消費(fèi)者彼此之間不直接通信，而是通過阻塞隊(duì)列來進(jìn)行通信，所以生產(chǎn)者生產(chǎn)完數(shù)據(jù)之后不用等待消費(fèi)者處理，直接推送給阻塞隊(duì)列，消費(fèi)者直接從阻塞隊(duì)列里獲取數(shù)據(jù)。

基本概念：

1)、當(dāng)隊(duì)列滿的時(shí)候，插入元素的線程被阻塞，直達(dá)隊(duì)列不滿。

2)、隊(duì)列為空的時(shí)候，獲取元素的線程被阻塞，直到隊(duì)列不空。

這種模式最常見的就是在MQ里面，即消息隊(duì)列（Message Queue）框架，這里就不多談了。

BlockQueue<T>

堵塞隊(duì)列都是基于這個(gè)接口實(shí)現(xiàn)的

基本接口定義，個(gè)人覺得如果用堵塞隊(duì)列的話就應(yīng)該推薦使用堵塞方法，即put()以及take()

方法	拋出異常	帶有返回值	堵塞	超時(shí)退出
插入方法	add	offer	put	offer(Time)
刪除方法	remove	poll	take	poll(Time)
判斷是否存在	element	peek	N/A	N/A

1）、拋出異常：當(dāng)隊(duì)列滿時(shí)，如果再往隊(duì)列里插入元素，會(huì)拋出IllegalStateException異常。當(dāng)隊(duì)列空時(shí)，從隊(duì)列里獲取元素會(huì)拋出NoSuchElementException異常。

2）、返回特殊值：當(dāng)往隊(duì)列插入元素時(shí)，會(huì)返回元素是否插入成功，成功返回true。如果是移除方法，則是從隊(duì)列里取出一個(gè)元素，如果沒有則返回null。

3）、一直阻塞：當(dāng)阻塞隊(duì)列滿時(shí)，如果生產(chǎn)者線程往隊(duì)列里put元素，隊(duì)列會(huì)一直阻塞生產(chǎn)者線程，直到隊(duì)列可用或者響應(yīng)中斷退出。當(dāng)隊(duì)列空時(shí)，如果消費(fèi)者線程從隊(duì)列里take元素，隊(duì)列會(huì)阻塞住消費(fèi)者線程，直到隊(duì)列不為空。

4）、超時(shí)退出：當(dāng)阻塞隊(duì)列滿時(shí)，如果生產(chǎn)者線程往隊(duì)列里插入元素，隊(duì)列會(huì)阻塞生產(chǎn)者線程一段時(shí)間，如果超過了指定的時(shí)間，生產(chǎn)者線程就會(huì)退出。

堵塞隊(duì)列分有界和無界隊(duì)列

有界：會(huì)有設(shè)定的隊(duì)列大小，不能無限制的創(chuàng)建隊(duì)列大小

無界：指理論上可以無限隊(duì)列的大小，但是實(shí)際情況，每個(gè)服務(wù)器都會(huì)有大小，只能說是理論上的，實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候會(huì)容易撐滿磁盤或內(nèi)存，建議使用有界堵塞隊(duì)列

常用的堵塞隊(duì)列有一下幾種：

ArrayBlockingQueue：一個(gè)由數(shù)組組成的有界堵塞隊(duì)列，是一個(gè)FIFO隊(duì)列，不過要求創(chuàng)建對(duì)象的時(shí)候創(chuàng)建大小，內(nèi)部是由ReentrantLock和Condition實(shí)現(xiàn)堵塞策略，單個(gè)鎖

/** Main lock guarding all access */final ReentrantLock lock;/** Condition for waiting takes */private final Condition notEmpty;/** Condition for waiting puts */private final Condition notFull;

LinkedBlockingQueue：由鏈表結(jié)構(gòu)組成的有界堵塞隊(duì)列，也是一個(gè)FIFO隊(duì)列，不要求創(chuàng)建對(duì)象是設(shè)置默認(rèn)大小，不設(shè)置為Integer.MAX_VAUE；有兩個(gè)鎖，一個(gè)用于插入元素，另外一個(gè)用于獲取元素

/** Lock held by take, poll, etc */private final ReentrantLock takeLock = new ReentrantLock();/** Wait queue for waiting takes */private final Condition notEmpty = takeLock.newCondition();/** Lock held by put, offer, etc */private final ReentrantLock putLock = new ReentrantLock();/** Wait queue for waiting puts */private final Condition notFull = putLock.newCondition();

PriorityBlockingQueue：一個(gè)支持優(yōu)先級(jí)排序的無界阻塞隊(duì)列。默認(rèn)情況下，按照自然順序，要么實(shí)現(xiàn)compareTo()方法，指定構(gòu)造參數(shù)Comparator。

DelayQueue：一個(gè)使用優(yōu)先級(jí)隊(duì)列實(shí)現(xiàn)的無界阻塞隊(duì)列。支持延時(shí)獲取的元素的阻塞隊(duì)列，即可以延時(shí)推送，元素必須要實(shí)現(xiàn)Delayed接口。

SynchronousQueue：一個(gè)不存儲(chǔ)元素的阻塞隊(duì)列，所以在執(zhí)行速度上會(huì)比其他堵塞隊(duì)列要快，每一個(gè)put操作都要等待一個(gè)take操作；

LinkedBlockingDeque：一個(gè)由鏈表結(jié)構(gòu)組成的雙向阻塞隊(duì)列。可以從隊(duì)列的頭和尾都可以插入和移除元素，實(shí)現(xiàn)工作密取，方法名帶了First對(duì)頭部操作，帶了last從尾部操作。

跳表（SkipList）

是一種加快查詢鏈表速度的一種方法，以空間換時(shí)間的一種方法，代表的類有ConcurrentSkipListMap和ConcurrentSkipListSet，也是一種隨機(jī)概率數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；

在原有的鏈表結(jié)構(gòu)（鏈表是按順序排序的）上加上一層鏈表結(jié)構(gòu)，但這個(gè)是隨機(jī)指定的，類似于數(shù)據(jù)庫的索引，可加多層索引鏈表查詢的時(shí)間復(fù)雜度為O(logn)，快跟上了紅黑樹的查詢速度，下面為圖解示例：

** Head nodes Index nodes* +-+ right +-+ +-+* |2|---------------->| |--------------------->| |->null* +-+ +-+ +-+* | down | |* v v v* +-+ +-+ +-+ +-+ +-+ +-+* |1|----------->| |->| |------>| |----------->| |------>| |->null* +-+ +-+ +-+ +-+ +-+ +-+* v | | | | |* Nodes next v v v v v* +-+ +-+ +-+ +-+ +-+ +-+ +-+ +-+ +-+ +-+ +-+ +-+* | |->|A|->|B|->|C|->|D|->|E|->|F|->|G|->|H|->|I|->|J|->|K|->null* +-+ +-+ +-+ +-+ +-+ +-+ +-+ +-+ +-+ +-+ +-+ +-+*

寫時(shí)復(fù)制容器

通俗的理解是當(dāng)我們往一個(gè)容器添加元素的時(shí)候，不直接往當(dāng)前容器添加，而是先將當(dāng)前容器進(jìn)行Copy，復(fù)制出一個(gè)新的容器，然后新的容器里添加元素，添加完元素之后，再將原容器的引用指向新的容器。這樣做的好處是我們可以對(duì)容器進(jìn)行并發(fā)的讀，而不需要加鎖，因?yàn)楫?dāng)前容器不會(huì)添加任何元素。所以寫時(shí)復(fù)制容器也是一種讀寫分離的思想，讀和寫不同的容器。如果讀的時(shí)候有多個(gè)線程正在向容器添加數(shù)據(jù)，讀還是會(huì)讀到舊的數(shù)據(jù)，因?yàn)閷懙臅r(shí)候不會(huì)鎖住舊的，只能保證最終一致性。

常見的有CopyOnWriteArrayList以及CopyOnWriteArraySet；

適用讀多寫少的并發(fā)場(chǎng)景，常見應(yīng)用：白名單/黑名單， 商品類目的訪問和更新場(chǎng)景。

以下為圖解，在寫完后，原本的引用會(huì)重新指向新的數(shù)組對(duì)象，所以就會(huì)存在內(nèi)存占用問題。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java并发编程之堵塞队列介绍以及SkipList（跳表）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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