Java7中加入了JSR 166y规范对集合类和并发类库的改进。其中的一项是增加了接口TransferQueue和其实现类LinkedTransferQueue。
TransferQueue继承了BlockingQueue(
BlockingQueue又
继承了Queue)并扩展了一些新方法。BlockingQueue(和Queue)是Java 5中加入的接口,它是指这样的一个队列:当生产者向队列添加元素但队列已满时,生产者会被阻塞;当消费者从队列移除元素但队列为空时,消费者会被阻塞。
TransferQueue则更进一步,生产者会一直阻塞直到所添加到队列的元素被某一个消费者所消费(不仅仅是添加到队列里就完事)。新添加的transfer方法用来实现这种约束。顾名思义,阻塞就是发生在元素从一个线程transfer到另一个线程的过程中,它有效地实现了元素在线程之间的传递(以建立Java内存模型中的happens-before关系的方式)。
TransferQueue还包括了其他的一些方法:两个tryTransfer方法,一个是非阻塞的,另一个带有timeout参数设置超时时间的。还有两个辅助方法hasWaitingConsumer()和getWaitingConsumerCount()。
当我第一次看到TransferQueue时,首先想到了已有的实现类SynchronousQueue。SynchronousQueue的队列长度为0,最初我认为这好像没多大用处,但后来我发现它是整个Java Collection Framework中最有用的队列实现类之一,特别是对于两个线程之间传递元素这种用例。
TransferQueue相比SynchronousQueue用处更广、更好用,因为你可以决定是使用BlockingQueue的方法(译者注:例如put方法)还是确保一次传递完成(译者注:即transfer方法)。在队列中已有元素的情况下,调用transfer方法,可以确保队列中被传递元素之前的所有元素都能被处理。Doug Lea说从功能角度来讲,LinkedTransferQueue实际上是ConcurrentLinkedQueue、SynchronousQueue(公平模式)和LinkedBlockingQueue的超集。而且LinkedTransferQueue更好用,因为它不仅仅综合了这几个类的功能,同时也提供了更高效的实现。
Joe Bowbeer提供了一篇William Scherer, Doug Lea, and Michael Scott的论文,在这篇论文中展示了LinkedTransferQueue的算法,性能测试的结果表明它优于Java 5的那些类(译者注:ConcurrentLinkedQueue、SynchronousQueue和LinkedBlockingQueue)。LinkedTransferQueue的性能分别是SynchronousQueue的3倍(非公平模式)和14倍(公平模式)。因为像ThreadPoolExecutor这样的类在任务传递时都是使用SynchronousQueue,所以使用LinkedTransferQueue来代替SynchronousQueue也会使得ThreadPoolExecutor得到相应的性能提升。考虑到executor在并发编程中的重要性,你就会理解添加这个实现类的重要性了。
Java 5中的SynchronousQueue使用两个队列(一个用于正在等待的生产者、另一个用于正在等待的消费者)和一个用来保护两个队列的锁。而LinkedTransferQueue使用CAS操作(译者注:参考wiki)实现一个非阻塞的方法,这是避免序列化处理任务的关键。这篇论文还罗列了很多的细节和数据,如果你感兴趣,非常值得一读。
SynchronousQueue
SynchronousQueue是这样 一种阻塞队列,其中每个 put 必须等待一个 take,反之亦然。同步队列没有任何内部容量,甚至连一个队列的容量都没有。
不能在同步队列上进行 peek,因为仅在试图要取得元素时,该元素才存在;
除非另一个线程试图移除某个元素,否则也不能(使用任何方法)添加元素;
也不能迭代队列,因为其中没有元素可用于迭代。队列的头是尝试添加到队列中的首个已排队线程元素; 如果没有已排队线程,则不添加元素并且头为 null。
对于其他 Collection 方法(例如 contains),SynchronousQueue 作为一个空集合。此队列不允许 null 元素。
同步队列类似于 CSP 和 Ada 中使用的 rendezvous 信道。
它非常适合于传递性设计,在这种设计中,在一个线程中运行的对象要将某些信息、
事件或任务传递给在另一个线程中运行的对象,它就必须与该对象同步。
对于正在等待的生产者和使用者线程而言,此类支持可选的公平排序策略。默认情况下不保证这种排序。
但是,使用公平设置为 true 所构造的队列可保证线程以 FIFO 的顺序进行访问。 公平通常会降低吞吐量,但是可以减小可变性并避免得不到服务。
构造函数
注意1:它一种阻塞队列,其中每个 put 必须等待一个 take,反之亦然。
同步队列没有任何内部容量,甚至连一个队列的容量都没有。
注意2:它是线程安全的,是阻塞的。
注意3:不允许使用 null 元素。
注意4:公平排序策略是指调用put的线程之间,或take的线程之间。
公平排序策略可以查考ArrayBlockingQueue中的公平策略。
注意5:SynchronousQueue的以下方法很有趣:
* iterator() 永远返回空,因为里面没东西。
* peek() 永远返回null。
* put() 往queue放进去一个element以后就一直wait直到有其他thread进来把这个element取走。
* offer() 往queue里放一个element后立即返回,如果碰巧这个element被另一个thread取走了,offer方法返回true,认为offer成功;否则返回false。
* offer(2000, TimeUnit.SECONDS) 往queue里放一个element但是等待指定的时间后才返回,返回的逻辑和offer()方法一样。
* take() 取出并且remove掉queue里的element(认为是在queue里的。。。),取不到东西他会一直等。
* poll() 取出并且remove掉queue里的element(认为是在queue里的。。。),只有到碰巧另外一个线程正在往queue里offer数据或者put数据的时候,该方法才会取到东西。否则立即返回null。
* poll(2000, TimeUnit.SECONDS) 等待指定的时间然后取出并且remove掉queue里的element,其实就是再等其他的thread来往里塞。
* isEmpty()永远是true。
* remainingCapacity() 永远是0。
* remove()和removeAll() 永远是false。