java的SynchronousQueue是什么

发布时间：2022-03-18 14:01:41 作者：iii
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Java的SynchronousQueue是什么

概述

SynchronousQueue是Java并发包java.util.concurrent中的一个特殊队列实现。它是一个没有容量的阻塞队列，每个插入操作必须等待另一个线程的移除操作，反之亦然。换句话说，SynchronousQueue不存储元素，而是直接在生产者和消费者之间传递数据。这种特性使得SynchronousQueue在某些特定的并发场景下非常有用。

基本特性

无容量

SynchronousQueue是一个没有容量的队列，这意味着它不会存储任何元素。每个插入操作（put）必须等待一个相应的移除操作（take），反之亦然。因此，SynchronousQueue的size方法总是返回0。

阻塞操作

由于SynchronousQueue没有容量，插入和移除操作都是阻塞的。具体来说：

插入操作：如果当前没有消费者线程在等待移除元素，插入操作将被阻塞，直到有消费者线程调用take方法。
移除操作：如果当前没有生产者线程在等待插入元素，移除操作将被阻塞，直到有生产者线程调用put方法。

公平性

SynchronousQueue支持公平性策略。在公平模式下，队列会按照线程等待的顺序来处理插入和移除操作，确保先到的线程先被服务。在非公平模式下，队列可能会优先处理某些线程的操作，从而提高吞吐量。

使用场景

SynchronousQueue通常用于以下场景：

直接传递任务：在某些线程池实现中，任务可以直接从生产者线程传递到消费者线程，而不需要中间队列的缓冲。SynchronousQueue非常适合这种场景，因为它可以确保任务立即被处理，而不会被积压。
线程池：SynchronousQueue常用于Executors.newCachedThreadPool()中。这种线程池会根据需要创建新线程，但如果之前创建的线程可用，则会重用它们。SynchronousQueue的无缓冲特性使得线程池能够快速响应任务，而不会因为队列积压而导致延迟。
任务调度：在某些任务调度系统中，任务需要立即被执行，而不需要等待。SynchronousQueue可以确保任务在提交后立即被调度执行。

实现原理

SynchronousQueue的内部实现基于两种数据结构：栈和队列。具体来说，SynchronousQueue有两种模式：

栈模式（非公平模式）：在这种模式下，SynchronousQueue使用一个后进先出（LIFO）的栈来管理等待的线程。新来的线程会被放在栈顶，而栈底的线程会被优先处理。这种模式可以提高吞吐量，但可能会导致某些线程长时间得不到服务。
队列模式（公平模式）：在这种模式下，SynchronousQueue使用一个先进先出（FIFO）的队列来管理等待的线程。新来的线程会被放在队列的尾部，而队列头部的线程会被优先处理。这种模式可以确保线程按照到达的顺序被服务，从而提高公平性。

内部类

SynchronousQueue的内部实现依赖于以下几个关键类：

Transferer：这是一个抽象类，定义了数据传输的基本操作。SynchronousQueue有两种具体的实现：TransferStack和TransferQueue，分别对应栈模式和队列模式。
TransferStack：这是栈模式的实现，使用一个后进先出的栈来管理等待的线程。
TransferQueue：这是队列模式的实现，使用一个先进先出的队列来管理等待的线程。

数据传输

SynchronousQueue的核心操作是数据传输，即生产者和消费者之间的数据交换。具体来说，SynchronousQueue通过transfer方法来实现数据的传递：

生产者：当生产者调用put方法时，它会尝试将数据传递给一个等待的消费者。如果没有消费者在等待，生产者线程将被阻塞，直到有消费者到来。
消费者：当消费者调用take方法时，它会尝试从生产者那里获取数据。如果没有生产者在等待，消费者线程将被阻塞，直到有生产者到来。

示例代码

以下是一个简单的示例，展示了如何使用SynchronousQueue来实现生产者和消费者之间的数据传递：

import java.util.concurrent.SynchronousQueue;

public class SynchronousQueueExample {
    public static void main(String[] args) {
        SynchronousQueue<Integer> queue = new SynchronousQueue<>();

        // 生产者线程
        Thread producer = new Thread(() -> {
            try {
                System.out.println("生产者准备插入数据");
                queue.put(1);
                System.out.println("生产者插入数据完成");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

        // 消费者线程
        Thread consumer = new Thread(() -> {
            try {
                System.out.println("消费者准备移除数据");
                Integer data = queue.take();
                System.out.println("消费者移除数据: " + data);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

        producer.start();
        consumer.start();
    }
}

在这个示例中，生产者线程尝试插入一个整数到SynchronousQueue中，而消费者线程尝试从队列中移除数据。由于SynchronousQueue没有容量，生产者线程会阻塞，直到消费者线程准备好接收数据。

总结

SynchronousQueue是Java并发包中一个非常特殊的队列实现，它没有容量，每个插入操作必须等待一个相应的移除操作，反之亦然。这种特性使得SynchronousQueue非常适合用于直接传递任务的场景，例如线程池和任务调度系统。通过理解SynchronousQueue的内部实现和使用场景，开发者可以更好地利用它来解决并发编程中的问题。