Java中的DelayQueue源码解析
作者：demon7552003
介绍
一个实现PriorityBlockingQueue实现延迟获取的无界队列，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。
DelayQueue可以运用在以下应用场景：
1.缓存系统的设计：可以用DelayQueue保存缓存元素的有效期，使用一个线程循环查询DelayQueue，一旦能从DelayQueue中获取元素时，表示缓存有效期到了。
2.定时任务调度。使用DelayQueue保存当天将会执行的任务和执行时间，一旦从DelayQueue中获取到任务就开始执行，从比如TimerQueue就是使用DelayQueue实现的。
数据结构
public interface Delayed extends Comparable<Delayed> {
/**
* 返回与此对象相关的剩余延迟时间，以给定的时间单位表示
*/
long getDelay(TimeUnit unit);
}getDelay方法一般用内部存储的事件，减去当前事件，即为剩余延迟事件
属性
private final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
private final PriorityQueue<E> q = new PriorityQueue<E>();
/**
*用于优化内部阻塞通知的线程
*/
private Thread leader = null;
private final Condition available = lock.newCondition();以支持优先级的PriorityQueue无界队列作为一个容器，因为元素都必须实现Delayed接口，可以根据元素的过期时间来对元素进行排列，因此，先过期的元素会在队首，每次从队列里取出来都是最先要过期的元素。
leader是一个Thread元素，它在offer和take中都有使用，它代表当前获取到锁的消费者线程，
DelayQueue实现Leader-Folloer pattern
1、当存在多个take线程时，同时只生效一个，即，leader线程
2、当leader存在时，其它的take线程均为follower，其等待是通过condition实现的
3、当leader不存在时，当前线程即成为leader，在delay之后，将leader角色释放还原
4、最后如果队列还有内容，且leader空缺，则调用一次condition的signal，唤醒挂起的take线程，其中之一将成为新的leader
5、最后在finally中释放锁
方法实现
offer，poll，peek
public boolean offer(E e) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
q.offer(e);
//如果插入元素是第一个元素
if (q.peek() == e) {
//leader设置为null
leader = null;
//唤醒
available.signal();
}
return true;
} finally {
lock.unlock();
}
}
public boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit) {
return offer(e);
}
public E poll() {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
E first = q.peek();
//如果未到期，则返回null，否则删除
if (first == null || first.getDelay(NANOSECONDS) > 0)
return null;
else
return q.poll();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
long nanos = unit.toNanos(timeout);
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly();
try {
for (;;) {
E first = q.peek();
if (first == null) {
if (nanos <= 0)
return null;
else
nanos = available.awaitNanos(nanos);
} else {
long delay = first.getDelay(NANOSECONDS);
//到期，则poll
if (delay <= 0)
return q.poll();
if (nanos <= 0)
return null;
first = null; // don't retain ref while waiting
if (nanos < delay || leader != null)//nanos<delay，表示超时剩余时间小于到期时间，
nanos = available.awaitNanos(nanos);
else {
Thread thisThread = Thread.currentThread();
//设置当前线程为leader
leader = thisThread;
try {
//等待条件
long timeLeft = available.awaitNanos(delay);
//剩余超时时间
nanos -= delay - timeLeft;
} finally {
if (leader == thisThread)
leader = null;
}
}
}
}
} finally {
if (leader == null && q.peek() != null)
available.signal();
lock.unlock();
}
}
public E peek() {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
return q.peek();
} finally {
lock.unlock();
}
}put，take
/**
* Retrieves and removes the head of this queue, waiting if necessary
* until an element with an expired delay is available on this queue.
*
* @return the head of this queue
* @throws InterruptedException {@inheritDoc}
*/
public E take() throws InterruptedException {
final ReentrantLock lock = this.lock;
// 获取可中断锁。
lock.lockInterruptibly();
try {
for (;;) {
// 从优先级队列中获取队列头元素
E first = q.peek();
if (first == null)
// 无元素，当前线程加入等待队列，并阻塞
available.await();
else {
// 通过getDelay 方法获取延迟时间
long delay = first.getDelay(NANOSECONDS);
if (delay <= 0)
// 延迟时间到期，获取并删除头部元素。
return q.poll();
first = null; // don't retain ref while waiting
if (leader != null)
available.await();
else {
Thread thisThread = Thread.currentThread();
leader = thisThread;
try {
// 线程节点进入等待队列 x 纳秒。
available.awaitNanos(delay);
} finally {
if (leader == thisThread)
leader = null;
}
}
}
}
} finally {
// leader == null且还存在元素的话，唤醒一个消费线程。
if (leader == null && q.peek() != null)
available.signal();
lock.unlock();
}
}
public void put(E e) {
offer(e);
}take()方法逻辑：
1.获取锁
2.取出优先级队列q的首元素
3.如果元素q的队首/队列为空,阻塞
4.如果元素q的队首(first)不为空,获得这个元素的delay时间值，如果first的延迟delay时间值为0的话,说明该元素已经到了可以使用的时间,调用poll方法弹出该元素,跳出方法
5.如果first的延迟delay时间值不为0的话,释放元素first的引用,避免内存泄露
6.循环以上操作，直到return
leader作用
如果leader不为null,说明已经有消费者线程拿到锁，直接阻塞当前线程，如果leader为null，把当前线程赋值给leader，并等待剩余的到期时间，最后释放leader，这里我们想象着我们有个多个消费者线程用take方法去取,如果没有leader！=null的判断，这些线程都会无限循环，直到返回第一个元素，很显然很浪费资源。所以leader的作用是设置一个标记，来避免消费者的无脑竞争。
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