Java并发54:并发集合系列-基于CAS算法的非阻塞无数据缓冲队列SynchronousQueue

原文地址：https://blog.csdn.net/Dax1n/article/details/69813682

介绍

Java 6的并发编程包中的SynchronousQueue是一个没有数据缓冲的BlockingQueue(队列只能存储一个元素)。

生产者线程对其的插入操作put必须等待消费者的移除操作take，反过来也一样，消费者移除数据操作必须等待生产者的插入。

不像ArrayBlockingQueue或LinkedListBlockingQueue，SynchronousQueue内部并没有数据缓存空间。

你不能调用peek()方法来看队列中是否有数据元素，因为数据元素只有当你试着取走的时候才可能存在，不取走而只想偷窥一下是不行的，当然遍历这个队列的操作也是不允许的。

队列头元素是第一个排队要插入数据的线程，而不是要交换的数据。

数据是在配对的生产者和消费者线程之间直接传递的，并不会将数据缓冲数据到队列中。

可以这样来理解：生产者和消费者互相等待对方，握手，然后一起离开。

实现原理

不像ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingDeque之类的阻塞队列依赖AQS（AbstractQueuedSynchronized同步器框架）实现并发操作，SynchronousQueue直接使用CAS实现线程的安全访问。

应用场景

SynchronousQueue的一个使用场景是在线程池里。

Executors.newCachedThreadPool()就使用了SynchronousQueue，这个线程池根据需要（新任务到来时）创建新的线程，如果有空闲线程则会重复使用，线程空闲了60秒后会被回收。

// 创建newCachedThreadPool线程池使用的消息队列是：SynchronousQueue  
ExecutorService es1 = Executors.newCachedThreadPool();

java.util.concurrent.Executors.newCachedThreadPool实现：

public static ExecutorService newCachedThreadPool() {  
    return new ThreadPoolExecutor(0, Integer.MAX_VALUE,60L, TimeUnit.SECONDS,new SynchronousQueue<Runnable>());  
}

SynchronousQueue非常适合做交换工作，生产者的线程和消费者的线程同步以传递某些信息、事件或者任务。

使用方式

接下来研究一下SynchronousQueue的使用：

SynchronousQueue创建：

// 如果为 true，则等待线程以 FIFO 的顺序竞争访问；否则顺序是未指定的。
// SynchronousQueue<Integer> sc =new SynchronousQueue<>(true);//fair -
SynchronousQueue<Integer> sc = new SynchronousQueue<>(); // 默认不指定的话是false，不公平的

由于SynchronousQueue是没有缓冲区的，所以如下方法不可用：

sc.peek();// Always returns null
sc.clear();
sc.contains(1);
sc.containsAll(new ArrayList<Integer>());
sc.isEmpty();
sc.size();
sc.toArray();
Integer [] in=new Integer[]{new Integer(2)};
sc.toArray(in);
sc.removeAll(new ArrayList<Integer>());
sc.retainAll(new ArrayList<Integer>());
sc.remove("a");
sc.peek();

由于SynchronousQueue 队列中最多只有一个元素，所以这些方法是没有意义的，所以在对方法的实现体中阉割掉了。

SynchronousQueue 获取元素：

public class Main {  
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {  
        SynchronousQueue<Integer> sc = new SynchronousQueue<>(); // 默认不指定的话是false，不公平的  
//      sc.take();// 没有元素阻塞在此处，等待其他线程向sc添加元素才会获取元素向下执行  
        sc.poll();//没有元素不阻塞在此处直接返回null向下执行  
        sc.poll(5,TimeUnit.SECONDS);//没有元素阻塞在此处等待指定时间，如果还是没有元素直接返回null向下执行  
    }  
}

SynchronousQueue 存入元素：

public class Main {  
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {  
        SynchronousQueue<Integer> sc = new SynchronousQueue<>(); // 默认不指定的话是false，不公平的  
        // sc.put(2);//没有线程等待获取元素的话，阻塞在此处等待一直有线程获取元素时候放到队列继续向下运行  
        sc.offer(2);// 没有线程等待获取元素的话，不阻塞在此处，如果该元素已添加到此队列，则返回 true；否则返回 false  
        sc.offer(2, 5, TimeUnit.SECONDS);// 没有线程等待获取元素的话，阻塞在此处等待指定时间，如果该元素已添加到此队列，则返回true；否则返回 false  
    }  
}

总结：

take和put是阻塞的获取和存储元素的方法，
poll和offer是不阻塞的获取元素和存储元素的方法，并且poll和offer可以指定超时时间。

以上是基础Api的讲解，但是并不是实际的用法。接下来看一下使用的Demo：

public class SynchronousQueueMain {  
    public static void main(String[] args) throws Exception {  
        // 如果为 true，则等待线程以 FIFO 的顺序竞争访问；否则顺序是未指定的。  
        // SynchronousQueue<Integer> sc =new SynchronousQueue<>(true);//fair  
        SynchronousQueue<Integer> sc = new SynchronousQueue<>(); // 默认不指定的话是false，不公平的  
        new Thread(() -> { //生产者线程，使用的是lambda写法，需要使用JDK1.8  
            while (true) {  
                try {  
                    sc.put(new Random().nextInt(50));  
                    //将指定元素添加到此队列，如有必要则等待另一个线程接收它。  
                    // System.out.println("sc.offer(new Random().nextInt(50)): "+sc.offer(new Random().nextInt(50)));   
                    // 如果另一个线程正在等待以便接收指定元素，则将指定元素插入到此队列。如果没有等待接受数据的线程则直接返回false  
                    // System.out.println("sc.offer(2,5,TimeUnit.SECONDS):  
                    // "+sc.offer(2,5,TimeUnit.SECONDS));//如果没有等待的线程，则等待指定的时间。在等待时间还没有接受数据的线程的话，直接返回false  
                    System.out.println("添加操作运行完毕...");//是操作完毕，并不是添加或获取元素成功!  
                    Thread.sleep(1000);  
                } catch (Exception e) {  
                    // TODO Auto-generated catch block  
                    e.printStackTrace();  
                }  
            }  
        }).start();  
        new Thread(() -> {//消费者线程。使用的是lambda创建的线程写法需要使用jdk1.8  
            while (true) {  
                try {  
                    System.out.println("-----------------> sc.take: " + sc.take());  
                    System.out.println("-----------------> 获取操作运行完毕...");//是操作完毕，并不是添加或获取元素成功!  
                    Thread.sleep(1000);  
                } catch (Exception e) {  
                    // TODO Auto-generated catch block  
                    e.printStackTrace();  
                }  
            }  
        }).start();  
    }  
}

take 、poll和put、offer可以组合使用，可以根据实际业务需求选择！

posted @ 2021-10-23 15:29 姚春辉阅读(104) 评论(0) 编辑收藏举报

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姚春辉

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