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java并发中DelayQueue延迟队列原理剖析

作者：BattleHeart

DelayQueue队列是一个延迟队列，本文将结合实例代码，详细的介绍DelayQueue延迟队列的源码分析，感兴趣的小伙伴们可以参考一下

介绍

DelayQueue队列是一个延迟队列，DelayQueue中存放的元素必须实现Delayed接口的元素，实现接口后相当于是每个元素都有个过期时间，当队列进行take获取元素时，先要判断元素有没有过期，只有过期的元素才能出队操作，没有过期的队列需要等待剩余过期时间才能进行出队操作。

源码分析

DelayQueue队列内部使用了PriorityQueue优先队列来进行存放数据，它采用的是二叉堆进行的优先队列，使用ReentrantLock锁来控制线程同步，由于内部元素是采用的PriorityQueue来进行存放数据，所以Delayed接口实现了Comparable接口，用于比较来控制优先级，如下代码所示：

 public interface Delayed extends Comparable<Delayed> {
 
     /**
      * Returns the remaining delay associated with this object, in the
      * given time unit.
      *
      * @param unit the time unit
      * @return the remaining delay; zero or negative values indicate
      * that the delay has already elapsed
     */
    long getDelay(TimeUnit unit);
}

DelayQueue的成员变量如下所示：

 // 锁。
 private final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
 // 优先队列。
 private final PriorityQueue<E> q = new PriorityQueue<E>();
 
 /**
  * Leader-Follower的变种。
  * Thread designated to wait for the element at the head of
  * the queue.  This variant of the Leader-Follower pattern
 * (http://www.cs.wustl.edu/~schmidt/POSA/POSA2/) serves to
 * minimize unnecessary timed waiting.  When a thread becomes
 * the leader, it waits only for the next delay to elapse, but
 * other threads await indefinitely.  The leader thread must
 * signal some other thread before returning from take() or
 * poll(...), unless some other thread becomes leader in the
 * interim.  Whenever the head of the queue is replaced with
 * an element with an earlier expiration time, the leader
 * field is invalidated by being reset to null, and some
 * waiting thread, but not necessarily the current leader, is
 * signalled.  So waiting threads must be prepared to acquire
 * and lose leadership while waiting.
 */
private Thread leader = null;

/**
 * Condition signalled when a newer element becomes available
 * at the head of the queue or a new thread may need to
 * become leader.
 */
// 条件，代表如果有数据则通知Follower线程，唤醒线程处理队列内容。
private final Condition available = lock.newCondition();

Leader-Follower模式的变种，用于最小化不必要的定时等待，当一个线程被选择为Leader时，它会等待延迟过去执行代码逻辑，而其他线程则需要无限期等待，在从take或poll返回之前，每当队列的头部被替换为具有更早到期时间的元素时，leader字段将通过重置为空而无效，Leader线程必须向其中一个Follower线程发出信号，被唤醒的 follwer 线程被设置为新的Leader 线程。

offer操作

 public boolean offer(E e) {
     // 获取到锁
     final ReentrantLock lock = this.lock;
     lock.lock();
     try {
         // 将元素存储到PriorityQueue优先队列中
         q.offer(e);
         // 如果第一个元素是当前元素，说明之前队列中为空，则先将Leader设置为空，通知等待线程可以争抢Leader了。
         if (q.peek() == e) {
            leader = null;
            available.signal();
        }
        // 返回成功
        return true;
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

offer操作前先进行获取锁的操作，也就是同一时间内只能有一个线程可以入队操作。

put操作

put操作其实就是调用的offer操作来进行添加数据的，以下是源码信息：

public void put(E e) {
    offer(e);
}

take操作

 public E take() throws InterruptedException {
     final ReentrantLock lock = this.lock;
     // 获取可中断的锁。
     lock.lockInterruptibly();
     try {
         // 循环获取数据。
         for (;;) {
             // 获取最早过期的元素，但是不弹出对象。
             E first = q.peek();
            // 如果最早过期的元素为空，说明队列为空，则线程直接进入无限期等待，并且让出锁。
            if (first == null)
                // 当前线程无限期等待，直到被唤醒，并且让出锁对象。
                available.await();
            else {
                // 获取最早过期的元素剩余过期时间。
                long delay = first.getDelay(NANOSECONDS);
                // 如果剩余过期时间小于0，则说明已经过期，反之还没有过期。
                if (delay <= )
                    // 如果已经过期直接获取最早过期的元素，并返回。
                    return q.poll();
                // 如果剩余过期日期大于0，则会进入到这里。
                // 将刚才获取的最早过期的元素设置为空。
                first = null; // don't retain ref while waiting
                // 如果有线程争抢的Leader线程，则进行无限期等待。
                if (leader != null)
                    // 无限期等待并让出锁。
                    available.await();
                else {
                    // 获取当前线程。
                    Thread thisThread = Thread.currentThread();
                    // 设置当前线程变为Leader线程。
                    leader = thisThread;
                    try {
                        // 等待剩余等待时间。
                        available.awaitNanos(delay);
                    } finally {
                        // 将Leader设置为null。
                        if (leader == thisThread)
                            leader = null;
                    }
                }
            }
        }
    } finally {
        // 如果队列不为空，并且没有Leader则通知等待线程可以成为Leader。
        if (leader == null && q.peek() != null)
            // 通知等待线程。
            available.signal();
        lock.unlock();
    }
}
  1. 当获取元素时，先获取到锁对象。
  2. 获取最早过期的元素，但是并不从队列中弹出元素。
  3. 最早过期元素是否为空，如果为空则直接让当前线程无限期等待状态，并且让出当前锁对象。
  4. 如果最早过期的元素不为空
    1. 获取最早过期元素的剩余过期时间，如果已经过期则直接返回当前元素
    2. 如果没有过期，也就是说剩余时间还存在，则先获取Leader对象，如果Leader已经有线程在处理，则当前线程进行无限期等待，如果Leader为空，则首先将Leader设置为当前线程，并且让当前线程等待剩余时间。
    3. 最后将Leader线程设置为空
  5. 如果Leader已经为空，并且队列有内容则唤醒一个等待的队列。

poll操作

获取最早过期的元素，如果队列头没有过期的元素则直接返回null，反之返回过期的元素。

 public E poll() {
     final ReentrantLock lock = this.lock;
     lock.lock();
     try {
         E first = q.peek();
         // 如果队列为空或者队列最早过期的元素没有过期，则返回null。
         if (first == null || first.getDelay(NANOSECONDS) > 0)
             return null;
         else
            // 出队列操作。
            return q.poll();
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

小结

到此这篇关于java并发中DelayQueue延迟队列原理剖析的文章就介绍到这了,更多相关java DelayQueue延迟队列内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！

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