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Java中的阻塞队列（1）

队列（Queue）：FIFO 双端队列（Deque）：两端都可以进出，当我们约束从队列的一端进出队列时，就形成了一种存取模式，它遵循先进后出的原则，就是所谓栈结构 阻塞队列（BlockingQueue）：在队列的基础上附加了两个操作，1:在队列为空时，获取元素的线程会等待队列变为非空；当队列满时，存储元素的线程会等待队列可用，阻塞队列常用于生产者和消费者场景 1、阻塞队列：BlockingQueue(T)，所有的阻塞队列的父接口 首先是接口的继承关系如图1-1，这里可以清楚的看到BlockingQueue队列其实本质上可以认为是一个集合 图1-1 常用方法： （1）：add，添加到队列里面，如果可以容纳，返回true，否则直接抛出异常 （2）：offer，表示将元素添加到队列中，可以容纳返回true，否则返回false （3）：put，把元素添加到队列，如果没有空间，则阻塞线程 （4）：poll，取走排在首位的对象，如果不能立即取走，则等待入参的时间，到时直接返回null （5）：take，取走排在首位的对象，如果为空，则阻塞队列，直到有新的对象被加入 注意：BlockingQueue中不接受null元素，如果试图添加一个null的时候，有可能会抛出空指针异常 2、数组阻塞队列ArrayBlockingQueue 是一个由数组支持的有界的阻塞队列FIFO，从结构来看如图2-1，是一个阻塞队列，实现方式就是简单的数组，这个一样也具有数组的特性，比较突出的一点就是一旦初始化过后，就无法再进行扩容 图2-1 3、链表阻塞队列LinkedBlockingQueue 基于链表的阻塞队列，结构图如下图3-1 图3-1 我们可以看出，链表阻塞队列和数组阻塞队列结构基本相同，从实现方式来看， 对比数组队列和链表队列异同点： 1).队列大小有所不同，ArrayBlockingQueue是有界的初始化必须指定大小，而LinkedBlockingQueue可以是有界的也可以是无界的(Integer.MAX_VALUE)，对于后者而言，当添加速度大于移除速度时，在无界的情况下，可能会造成内存溢出等问题。 2).数据存储容器不同，ArrayBlockingQueue采用的是数组作为数据存储容器，而LinkedBlockingQueue采用的则是以Node节点作为连接对象的链表。 3).由于ArrayBlockingQueue采用的是数组的存储容器，因此在插入或删除元素时不会产生或销毁任何额外的对象实例，而LinkedBlockingQueue则会生成一个额外的Node对象。这可能在长时间内需要高效并发地处理大批量数据的时，对于GC可能存在较大影响。 4).两者的实现队列添加或移除的锁不一样，ArrayBlockingQueue实现的队列中的锁是没有分离的，即添加操作和移除操作采用的同一个ReenterLock锁，而LinkedBlockingQueue实现的队列中的锁是分离的，其添加采用的是putLock，移除采用的则是takeLock，这样能大大提高队列的吞吐量，也意味着在高并发的情况下生产者和消费者可以并行地操作队列中的数据，以此来提高整个队列的并发性能。 4、优先级阻塞队列PriorityBlockingQueue 首先先查看结构，如图4-1 图4-1 优先级阻塞队列是一个支持优先级排序的无界阻塞队列，优先级的判断通过构造方法传入的Compator对象来决定，如果通过这个排序构造进行创建对象，生产的数据会排列好放入队列中。 PriorityBlockingQueue是基于数组方式的队列，因为排序需要大量的查询操作，所以此处通过数组的方式，查询排序速度足够快，但是因为数组是有限的，而PriorityBlockingQueue是无界的，所以中间还需要进行数组的扩容算法。 要注意一点，PriorityBlockingQueue并不会阻塞生产者，只会阻塞消费者，所以生产者的生产速度绝对不能超过消费者的消费速度，否则容易内存溢出 5、延时队列DelayQueue DelayQueue是一个支持延时获取元素的使用优先级队列的实现的无界阻塞队列 在创建元素的时候可以制定多久才能从队列中获取当前元素，只有在延迟期满时才能从队列中提取元素，一个比较典型的应用场景就是定时任务调度，生产者将需要执行的任务添加到队列中，时间到之后，消费者从队列中获取任务开始执行；除了这个我们还可以逆向思维来作为缓存定时任务，就是在把缓存数据放入内存中的同时，也把数据放入队列中，并添加缓存的时效时间，一旦到达时间，消费者从队列中读取到缓存，然后把读取到的队列充缓存中删除，这样就可以起到缓存定时的作用。 首先看一下DelayQueue的结构，如图5-1 图5-1 从源码来看，DelayQueue是在PriorityBlockingQueue的基础上进行扩展 ;
2018-05-27
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Java内存模型-volatile内存语义

章节目录 1.volatile 的特性 为什么volatile修饰变量的写操作不是原子性的？ 2.volatile 写-读建立的 happens-before 关系 3.volatile 写-读的内存语义 1.volatile 的特性 首先应该明确的一点是：当声明共享变量为volatile后，对这个变量的读/写(分为单元素读写，与复合写操作)。不同的读写模式下，volatile变量对写操作的原子性体现是不一样的。 理解volatile特性的一个好办法是把对volatile变量的单个读/写，看成是同一个锁对这些单个读/写操作做了同步，示例代码如下所示： class VolatileFeaturesExample { volatile long vl = 0L; public void set(long l){ vl = l; } public void getAndIncrement() { vl++; } public long get(){ return vl; } } 假设有多个线程调用上述程序中的3个方法，这个程序语义和下面的程序语义等价 class VolatileFeaturesExample { long vl = 0L; public synchronized void set(long l){ vl = l; } public void getAndIncrement() { long temp = get(); temp +=1L; set(temp); } public syntronized long get(){ return vl; } } 解释 如这两个程序所示，一个volatile 变量的单个读/写操作，与一个普通变量的读/写操作都是使用同一个锁来同步，他们之间的执行效果相同。 锁的happens-before规则(保证前一个操作结果对后一个操作立即可见)保证释放锁和获取锁的两个线程之间的内存可见性。这很好的解释了对于一个volatile变量的读，总能看到任意线程对这个volatile变量最后的写入。 锁的语义决定了临界代码区的执行具有原子性。这意味着，即使是64位的long型和double型变量，只要它是volatile变量，对该变量的单个读/写就具有原子性，如果是多个volatile操作，或这是volatile++这种复合操作，这些操作在整体上是不具有原子性的。 volatile 自身特性： 1.内存可见性：对一个volatile变量的读，总能看到任意线程对这个volatile变量 最后的写入（内存可见性保证） 2.原子性：对任意单个volatile变量的单独的读写操作，都具有原子性。但对于 volatile++这种复合操作不具有原子性。 2.volatile 写-读建立的 happens-before 关系 JMM基于共享内存模型实现线程之间的通信 从jdk1.5 开始 volatile 变量的写-读可以实现线程之间的通信。 volatile & synchronized内存语义 从内存语义来说，volatile的写-读与锁的释放-获取有相同的内存效果：volatile 写和锁释放有相同的内存语义；volatile读与锁的获取有相同的内存语义。 下面为volatile变量示例代码： class VolatileExample { int a = 0;//其实是线程共享变量 volatile boolean flag = false; public void writer(){ a = 1; //1 flag = true; //2 } public void reader(){ if(flage){ //3 int i = a; //4 ...... } } } 假设线程A 执行 writer() 方法之后，线程B 执行reader() 方法。根据happens-before 规则，这个过程建立的happens-before规则可以分为三类： 1.根据程序次序规则，1 happens before 2;3 happens before 4. 2.根据volatile规则，2 happens-before 3 3.根据happens-before c传递性规则 1 happens-before 4 图形化形势如下图所示： volatile-写-读 happens-before 关系 A线程在写一个volatile变量后，B线程读同一个volatile变量。A线程在写volatile之前所有的可见共享变量，在B线程读到同一个volatile变量之后，将立即变得对B线程可见。 4. volatile 写-读的内存语义 ** volatile 写内存语义 ** 当写一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存的变量中的变量值强制刷新到主内存。 volatile 读的内存语义 当读一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的本地内存置为无效。线程接下来将从主内存中读取共享变量。 volatile内存语义 总结 线程A 写一个volatile 变量，实质上是线程A 向接下来读取这个volatile变量的某个线程发出了(其对共享变量所做修改的)消息。 线程B 读一个volatile 变量，实质上是线程B 接收了之前某个线程发出的（在写这个volatile变量之前对共享变量所做修改）消息。 线程A 写一个volatile 变量，随后线程B读这个volatile变量。这个过程实质上是线程A通过主内存向线程B发送消息。
2018-05-07

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