知识点框架4-java多线程

2021-07-08

4-14-阻塞队列

文章目录

1. 阻塞队列（线程安全）

阻塞队列（线程安全）

非阻塞队列

线程安全的Queue可以分为阻塞队列和非阻塞队列，其中阻塞队列的典型例子是BlockingQueue，非阻塞队列的典型例子是ConcurrentLinkedQueue。
线程安全就是说多线程访问同一代码，不会产生不确定的结果。

concurrent*的lock-free

有时候我们把并发包下的所有容器都习惯的称为并发容器，但是严格来讲，只有Concurrent*才是真的并发容器。

关于问题中的区别在于：

Concurrent类型基于lock-free，在常见的多线程访问场景，一般可以提供较高吞吐量。
lock-free:如果在一个共享的数据结构上的操作都不需要互斥，那么它是无锁的。如果一个进程在操作中间被中断，其它进程不受影响。
举例：如果一个线程拥有互斥锁，当运行线程的时候处于休眠，就会block，但lock-free模式下不会阻塞。

LinkedBlockingQueue内部是基于锁，提供BlockingQueue等特性方法
同样是线程安全的容器，可简单认为：

Concurrent类型没有类似CopyOnWrite之类的容器相对较重的修改开销

Concurrent拥有较低的遍历一致性，也就是弱一致性。当使用遍历方法中的迭代器遍历时，容器发生修改，迭代器仍然可以继续遍历
注：与弱一致性相对的，如果遍历过程出了问题，就会抛出异常ConcurrentModifcationException，停止遍历。

concurrent的弱一致性，导致对size的操作精准度有限。

concurrent读取性能不佳。
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原文链接：https://blog.csdn.net/qq_41936805/article/details/96307821

阻塞队列脑图

阻塞的意思

1.队列没数据，消费端阻塞

2.队列满，生产端阻塞

主要方法

特殊值指回复null or false。

详细的解释：https://blog.csdn.net/org_hjh/article/details/110195517

1.array数组结构有界全局锁（初始化时必须指定大小）

arrayBlockingQueue

默认不公平锁，创建一个公平锁的阻塞队列：

1	ArrayBlockingQueue fairQueue = new ArrayBlockingQueue(1000,true);

2.linked单链表结构无界两锁（可指定大小）

linkedBlockingQueue

对于生产者端和消费者端分别采用了独立的锁来控制数据同步。LinkedBlockingQueue是由链表组成操作的分别是头尾节点，相互竞争的关系较小。而ArrayBlockingQueue是数组，添加和删除都是在同一个数组上，虽然也可以用两个锁但是实现上需要更多的控制。
LinkedBlockingQueue 会默认一个类似无限大小的容量（Integer.MAX_VALUE）。

3.priority优先级排序数组扩容无界

PriorityBlockingQueue 优先级队列，线程安全（添加、读取都进行了加锁）、无界、读阻塞的队列，底层采用的堆结构实现（二叉树），默认是小根堆，最小的或者最大的元素会一直置顶，每次获取都取最顶端的数据。可以实现优先出队。最特别的是它只有一个锁，入队操作永远成功，而出队只有在空队列的时候才会进行线程阻塞。可以说有一定的应用场景吧，比如：有任务要执行，可以对任务加一个优先级的权重，这样队列会识别出来，对该任务优先进行出队。

元素采取自然顺序升序排列。可以自定义实现compareTo()方法来指定元素进行排序规则，或者初始化 PriorityBlockingQueue 时，指定构造参数 Comparator 来对元素进行排序。需要注意的是不能保证同优先级元素的顺序。

4.delay优先级队列实现的无界

内部使用优先队列(PriorityQueue)实现，而无界队列基于数组的扩容实现。在创建元素时，可以指定多久才能从队列中获取当前元素。只有延时期满后才能从队列中获取元素。

应用场景：

缓存设计，有效期控制
定时任务调度，保存当天执行任务和执行时间

5.synchronous不存储元素（newCachedThreadPool默认队列）

SynchronousQueue 的吞吐量高于LinkedBlockingQueue 和ArrayBlockingQueue。

相对比较另类的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。

原因：

不像ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingDeque之类的阻塞队列依赖AQS实现并发操作，SynchronousQueue直接使用CAS实现线程的安全访问。（自旋可以显著改变吞吐量。）

6.LinkedTransferQueue链表无界，预占

有就拿货走人，没有就占个位置，等到或超时。

7.LinkedBlockingDeque双向链表，队头队尾均可加减，工作窃取（锁竞争最多降到一半）

Deque 是 Double ended queue (双端队列) 的缩写,读音和 deck 一样，蛋壳。

双端队列同样适用于另一种相关模式，即工作密取。在生产者-消费者设计中，所有消费者有一个共享的工作队列，而在工作密取设计中，每个消费者都有各自的双端队列。如果一个消费者完成了自己双端队列中的全部工作，那么它可以从其它消费者双端队列末尾秘密地获取工作。密取工作模式比传统的生产者-消费者模式具有更高的可伸缩性，这是因为工作者线程不会在单个共享的任务队列上发生竞争。在大多数时候，它们都只是访问自己的双端队列，从而极大地减少了竞争。当工作者线程需要访问另一个队列时，它会从队列的尾部而不是头部获取工作，因此进一步降低了队列上的竞争程度。

适用场景

工作密取非常适用于即是消费者也是生产者问题。

当执行某个工作时可能导致出现更多的工作。

例如，在网页爬虫程序中处理一个页面时，通常会发现有更多的页面需要处理。类似的还有许多搜索图的算法，例如在垃圾回收阶段对堆进行标记，都可以通过工作密取机制来实现高效并行。当一个工作线程找到新的任务单元时，它会将其放到自己队列的末尾（或者在工作共享模式中，放入其它工作者线程的队列中）。当双端队列为空时，它会在另一个线程的队列末尾查找新的任务，从而确保每个线程都保持忙碌状态。
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array和linked的比较

上面举出的LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue为例子，需求可以从很多方面去考虑：

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”。
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