每天一例多线程[day14]----Queue队列

关于什么时候使用MQ消息队列，什么时候使用JAVA自带队列，有一些基本的原则，如下图：

生产者：生产消息的速度很慢，缓慢地放入MQ中存储。

消费者：消费能力强，快速处理掉MQ中的消息。

这种场景下，MQ就不适合使用了，因为消费端的处理能力很强，生产者完全可以通过TCP长连接直连消费者，比如使用Netty或者Mina等框架就比较合适。

介绍集中JDK并发包下的队列：

每天一例多线程[day14]----Queue队列

ConcurrentLinkedQueue

是一个适用于高并发场景下的队列，通过无锁的方式实现高并发场景下的高性能，通常ConcurrentLinkedQueue，性能好于BlockingQueue。它是一个基于链接节点的无界线程安全队列，该队列元素遵循FIFO原则，头是最先加入的，尾是最近加入的，该。队列不允许null元素。

重要方法：

add()和offer(),都是加入元素的方法，在ConcurrentLinkedQueue中，这两个方法没有任何区别。

poll()和peek()都是取头部元素，区别是前者会删除元素，后者不会。

//高性能无阻塞线程安全无界队列：ConcurrentLinkedQueue
ConcurrentLinkedQueue<String> q = new ConcurrentLinkedQueue<String>();
q.offer("a");
q.offer("b");
q.offer("c");
q.offer("d");
q.add("e");
System.out.println(q.poll()); //a 从头部取出元素，并从队列里删除
System.out.println(q.size()); //4
System.out.println(q.peek()); //b
System.out.println(q.size()); //4

BlockingQueue接口

ArrayBlockingQueue

基于数组的有界阻塞队列实现，它的内部维护了一个定长数据，使用时必须初始化长度，来缓存队列中的数据，内部没有实现读写分离，意味着生产和消费不能完全并行。可以指定先进先出或先进后出策略，

//数据阻塞有界队列必须指定初始化长度
ArrayBlockingQueue<String> array = new ArrayBlockingQueue<String>(5);//指定初始长度
//以下是三种添加元素进入队列的方式
array.put("a");
array.put("b");
array.add("c");
array.add("d");
array.add("e");
//array.add("f");//java.lang.IllegalStateException: Queue full
//3秒种内加入队列成功则返回true，否则false
System.out.println(array.offer("a", 3, TimeUnit.SECONDS));

LinkedBlockingQueue

基于链表的无界阻塞队列，同ArrayBlockingQueue类似，它的内部维护的是一个数据缓冲队列，该队列由链表组成，它之所以能高效处理并发数据，是因为它的内部采用了读写分离两个锁，从而实现生产者和消费者的完全并行运行。

//阻塞无界队列可以添加初始化参数变成有界队列，不传则是无界队列
LinkedBlockingQueue<String> q = new LinkedBlockingQueue<String>();
q.offer("a");
q.offer("b");
q.offer("c");
q.offer("d");
q.offer("e");
q.add("f");
System.out.println(q.size());//6
//循环打印
for (Iterator iterator = q.iterator(); iterator.hasNext();) {
String string = (String) iterator.next();
System.out.println(string);
}
List<String> list = new ArrayList<String>();
//drainTo方法表示从队列中取出先加入的前n个元素放入集合中返回加入的长度
System.out.println(q.drainTo(list, 3));
System.out.println(list.size());
for (String string : list) {
System.out.println(string);
}

SynchronousQueue

一种没有缓冲的队列，生产者生产的数据会直接被消费者获取并消费。

final SynchronousQueue<String> q = new SynchronousQueue<String>();
// q.add("aaa");//此种队列不允许加元素报java.lang.IllegalStateException: Queue full
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();

以上三个阻塞队列可以使用每天地铁站的人员流动限流策略来说明：

1 早上8点~9点30分，上班高峰期，地铁站空间有限(系统内存)，采用ArrayBlockingQueue有界阻塞队列，当队列满的时候可以拒绝来访者，给予提示“稍后再来”。

2 早上10点~下午17点，人员流动平稳，地铁站不再限流，可以持续接纳乘客，采用LinkedBlockingQueue无界阻塞队列，只要进来就可以保证可以乘车（被消费），在一定许可的时间内宽松的实时性。

3 晚上10点~11点半，人员稀少，采用SynchronousQueue，来了直接可以乘车，队列没有容量。

PriorityBlockingQueue

基于优先级的无界阻塞队列，优先级的判断通过构造函数传入的Compare对象来决定，也就是传入队列的对象必须实现Comparable接口，在实现PriorityBlockingQueue队列时，内部控制线程采用的锁是公平锁。

举例：我们创建几个任务，通过比较任务的ID编号大小为任务进行排序，顺序表示优先级，看看取出队列中元素是按照什么优先级取出的？

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;
}
/**
* 按照升序排列
*/
@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;
}
}

public class UsePriorityBlockingQueue {
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); //3
q.add(t2); //4
q.add(t3); //1
// 1 3 4
System.out.println("容器：" + q);
System.out.println(q.take().getId());
System.out.println("容器：" + q);
System.out.println(q.take().getId());
System.out.println(q.take().getId());
}
}

容器：[1,id为1, 4,id为4, 3,id为3]

打印：

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]
3
4

说明优先级队列取出的顺序时1、3、4，从小到大的顺序.

DelayQueue

带有延迟时间的无界队列，其中的元素只有当延迟的时间到了，才能被从队列中取出。DelayQueue必须实现Delayed接口，DelayQueue是一个没有大小限制的队列，应用场景很多，比如缓存超时的数据进行移除，任务超时处理，空闲连接的关闭等等。

举例：拿网吧上网为例，甲乙丙三个人上网分别1s，5s和10s，在上机的时间内，其他人是无法抢占这三台机器进行上网，只有当这三个人的上网时间到了，才能下机被别人获取到

import java.util.concurrent.Delayed;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class Wangmin implements Delayed {
private String name;
//身份证
private String id;
//截止时间
private long endTime;
//定义时间工具类
private TimeUnit timeUnit = TimeUnit.SECONDS;
public Wangmin(String name,String id,long endTime){
this.name=name;
this.id=id;
this.endTime = endTime;
}
public String getName(){
return this.name;
}
public String getId(){
return this.id;
}
/**
* 用来判断是否到了截止时间
*/
@Override
public long getDelay(TimeUnit unit) {
//return unit.convert(endTime, TimeUnit.MILLISECONDS) - unit.convert(System.currentTimeMillis(), TimeUnit.MILLISECONDS);
return endTime - System.currentTimeMillis();
}
/**
* 相互批较排序用
*/
@Override
public int compareTo(Delayed delayed) {
Wangmin w = (Wangmin)delayed;
return this.getDelay(this.timeUnit) - w.getDelay(this.timeUnit) > 0 ? 1:0;
}
}

import java.util.concurrent.DelayQueue;
public class WangBa implements Runnable {
private DelayQueue<Wangmin> queue = new DelayQueue<Wangmin>();
public boolean yinye =true;
public void shangji(String name,String id,int money){
Wangmin man = new Wangmin(name, id, 1000 * money + System.currentTimeMillis());
System.out.println("网名"+man.getName()+" 身份证"+man.getId()+"交钱"+money+"块,开始上机...");
this.queue.add(man);
}
public void xiaji(Wangmin man){
System.out.println("网名"+man.getName()+" 身份证"+man.getId()+"时间到下机...");
}
@Override
public void run() {
while(yinye){
try {
Wangmin man = queue.take();
xiaji(man);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
public static void main(String args[]){
try{
System.out.println("网吧开始营业");
WangBa siyu = new WangBa();
Thread shangwang = new Thread(siyu);
shangwang.start();
siyu.shangji("路人甲", "123", 1);
siyu.shangji("路人乙", "234", 10);
siyu.shangji("路人丙", "345", 5);
}
catch(Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
}

打印：

网吧开始营业
网名路人甲身份证123交钱1块,开始上机...
网名路人乙身份证234交钱10块,开始上机...
网名路人丙身份证345交钱5块,开始上机...
网名路人甲身份证123时间到下机...
网名路人丙身份证345时间到下机...
网名路人乙身份证234时间到下机...