答:
Concurrent 类型基于 lock-free,基于CAS的无锁技术,在常见的多线程访问场景,一般可以提供较高吞吐量。
而 LinkedBlockingQueue 内部则是基于锁,并提供了 BlockingQueue 的等待性方法。
,java.util.concurrent 包提供的容器
大概区分为 Concurrent*、CopyOnWrite和 Blocking等三类
Concurrent 类型没有类似 CopyOnWrite 之类容器相对较重的修改开销。Concurrent 往往提供了较低的遍历一致性。即的弱一致性,当利用迭代器遍历时,如果容器发生修改,迭代器仍然可以继续进行遍历,且弱一致性,size 等操作准确性是有限的,未必是 100% 准确。读取的性能具有一定的不确定性。
与弱一致性对应的,就是我介绍过的同步容器常见的行为“fail-fast”,也就是检测到容器在遍历过程中发生了修改,则抛出 ConcurrentModificationException,不再继续遍历。
Deque 的侧重点是支持对队列头尾都进行插入和删除,尾部插入时需要的addLast(e)、offerLast(e)。尾部删除所需要的removeLast()、pollLast()。
Blocking 意味着其提供了特定的等待性操作,获取时(take)等待元素进队,或者插入时(put)等待队列出现空位。
哪些队列是有界的,哪些是无界的:
ConcurrentLinkedQueue是一个基于链接节点的无界线程安全队列
ArrayBlockingQueue 是最典型的的有界队列,其内部以 final 的数组保存数据,数组的大小就决定了队列的边界,所以我们在创建 ArrayBlockingQueue 时,都要指定容量。
LinkedBlockingQueue,容易被误解为无边界,但其实其行为和内部代码都是基于有界的逻辑实现的,只不过如果我们没有在创建队列时就指定容量,那么其容量限制就自动被设置为 Integer.MAX_VALUE,成为了无界队列。
SynchronousQueue,这是一个非常奇葩的队列实现,每个删除操作都要等待插入操作,反之每个插入操作也都要等待删除动作。那么这个队列的容量是多少呢?是 1 吗?其实不是的,其内部容量是 0。
PriorityBlockingQueue 是无边界的优先队列,虽然严格意义上来讲,其大小总归是要受系统资源影响。
DelayedQueue 和 LinkedTransferQueue 同样是无边界的队列。对于无边界的队列,有一个自然的结果,就是 put 操作永远也不会发生其他 BlockingQueue 的那种等待情况。
SynchronousQueue,在 Java 6 中,其实现发生了非常大的变化,利用 CAS 替换掉了原本基于锁的逻辑,同步开销比较小。它是 Executors.newCachedThreadPool() 的默认队列。
Queue 被广泛使用在生产者 - 消费者场景,BlockingQueue 来实现,由于其提供的等待机制,我们可以少操心很多协调工作
生产者消费者模式:
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
public class ConsumerProducer {
public static final String EXIT_MSG = "Good bye!";
public static void main(String[] args) {
// 使用较小的队列,以更好地在输出中展示其影响
BlockingQueue<String> queue = new ArrayBlockingQueue<>(3);
Producer producer = new Producer(queue);
Consumer consumer = new Consumer(queue);
new Thread(producer).start();
new Thread(consumer).start();
}
static class Producer implements Runnable {
private BlockingQueue<String> queue;
public Producer(BlockingQueue<String> q) {
this.queue = q;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 20; i++) {
try{
Thread.sleep(5L);
String msg = "Message" + i;
System.out.println("Produced new item: " + msg);
queue.put(msg);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
try {
System.out.println("Time to say good bye!");
queue.put(EXIT_MSG);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
static class Consumer implements Runnable{
private BlockingQueue<String> queue;
public Consumer(BlockingQueue<String> q){
this.queue=q;
}
@Override
public void run() {
try{
String msg;
while(!EXIT_MSG.equalsIgnoreCase( (msg = queue.take()))){
System.out.println("Consumed item: " + msg);
Thread.sleep(10L);
}
System.out.println("Got exit message, bye!");
}catch(InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
实际开发中如何选择这些队列:
对比
queue | 阻塞与否 | 是否有界 | 线程安全保障 | 适用场景 | 注意事项 |
---|---|---|---|---|---|
ArrayBlockingQueue | 阻塞 | 有界 | 一把全局锁 | 生产消费模型,平衡两边处理速度 | -- |
LinkedBlockingQueue | 阻塞 | 可配置 | 存取采用2把锁 | 生产消费模型,平衡两边处理速度 | 无界的时候注意内存溢出问题 |
ConcurrentLinkedQueue | 非阻塞 | 无界 | CAS | 对全局的集合进行操作的场景 | size() 是要遍历一遍集合,慎用 |
考虑应用场景中对队列边界的要求。ArrayBlockingQueue 是有明确的容量限制的,而 LinkedBlockingQueue 则取决于我们是否在创建时指定,SynchronousQueue 则干脆不能缓存任何元素。
从空间利用角度,数组结构的 ArrayBlockingQueue 要比 LinkedBlockingQueue 紧凑,因为其不需要创建所谓节点,但是其初始分配阶段就需要一段连续的空间,所以初始内存需求更大。
通用场景中,LinkedBlockingQueue 的吞吐量一般优于 ArrayBlockingQueue,因为它实现了更加细粒度的锁操作。ArrayBlockingQueue 实现比较简单,性能更好预测,属于表现稳定的“选手”。
SynchronousQueue 的性能表现,往往大大超过其他实现,尤其是在队列元素较小的场景,还可代替CountDownLatch实现的是两个线程之间接力性(handoff)的场景。
指定某种结构,比如栈,用它实现一个 BlockingQueue,实现思路是怎样的呢?
总共3个栈,其中2个写入栈(A、B),1个消费栈栈C(消费数据),但是有1个写入栈是空闲的栈(B),随时等待写入,当消费栈(C)中数据为空的时候,消费线程(await),触发数据转移,原写入栈(A)停止写入,,由空闲栈(B)接受写入的工作,原写入栈(A)中的数据转移到消费栈(C)中,转移完成后继续(sign)继续消费,2个写入栈,1个消费栈优点是:不会堵塞写入,但是消费会有暂停