基于队列的分析研究

本文主要介绍基于队列的分析研究,内容分为以下几大块:

 

  • 队列的性质以及特点

  • 队列的分类、使用方法、代码实战

  • 高并发队列分析与压测报告

  • 队列与设计模式的关联

  • 交易系统的应用场景分析

  • bat面试中队列常见题                    

 

 

队列的性质以及特点

Queue: 基本上,一个队列就是一个先入先出(FIFO)的数据结构,Queue集成了 Collection接口; 如果将两个元素加入队列,先加入的元素将在后加入的元素之前出队。 

 

队列的分类、使用方法、代码实战

可以分为非阻塞和阻塞队列

非阻塞: 实现了java.util.Queue接口和java.util.AbstractQueue接口

PriorityQueue 类实质上维护了一个有序列表。加入到 Queue 中的元素根据它们的天然排序(通过其 java.util.Comparable 实现)或者根据传递给构造函数的 java.util.Comparator 实现来定位。

ConcurrentLinkedQueue 是基于链接节点的、线程安全的队列。并发访问不需要同步。因为它在队列的尾部添加元素并从头部删除它们,所以只要不需要知道队列的大 小,          ConcurrentLinkedQueue 对公共集合的共享访问就可以工作得很好。收集关于队列大小的信息会很慢,需要遍历队列。

 

阻塞:

java.util.concurrent 中加入了 BlockingQueue 接口和五个阻塞队列类。它实质上就是一种带有一点扭曲的 FIFO 数据结构。不是立即从队列中添加或者删除元素,线程执行操作阻塞,直到有空间或者元素可用。

五个队列所提供的各有不同:

  * ArrayBlockingQueue :一个由数组支持的有界队列。

  * LinkedBlockingQueue :一个由链接节点支持的可选有界队列。

  * PriorityBlockingQueue :一个由优先级堆支持的无界优先级队列。

  * DelayQueue :一个由优先级堆支持的、基于时间的调度队列。

  * SynchronousQueue :一个利用 BlockingQueue 接口的简单聚集(rendezvous)机制。

 

队列的使用方法分析

 

  add        增加一个元索                     如果队列已满,则抛出一个IIIegaISlabEepeplian异常

  remove   移除并返回队列头部的元素    如果队列为空,则抛出一个NoSuchElementException异常

  element  返回队列头部的元素             如果队列为空,则抛出一个NoSuchElementException异常

  offer       添加一个元素并返回true       如果队列已满,则返回false

  poll         移除并返问队列头部的元素    如果队列为空,则返回null

  peek       返回队列头部的元素             如果队列为空,则返回null

  put         添加一个元素                      如果队列满,则阻塞

  take        移除并返回队列头部的元素     如果队列为空,则阻塞

 

阻塞队列的操作可以根据它们的响应方式分为以下三类:aad、removee和element操作在你试图为一个已满的队列增加元素或从空队列取得元素时 抛出异常。当然,在多线程程序中,队列在任何时间都可能变成满的或空的,所以你可能想使用offer、poll、peek方法。这些方法在无法完成任务时 只是给出一个出错示而不会抛出异常。

注意:poll和peek方法出错进返回null。因此,向队列中插入null值是不合法的

最后,我们有阻塞操作put和take。put方法在队列满时阻塞,take方法在队列空时阻塞。

LinkedBlockingQueue的容量是没有上限的(说的不准确,在不指定时容量为Integer.MAX_VALUE,不要然的话在put时怎么会受阻呢),但是也可以选择指定其最大容量,它是基于链表的队列,此队列按 FIFO(先进先出)排序元素。

ArrayBlockingQueue在构造时需要指定容量, 并可以选择是否需要公平性,如果公平参数被设置true,等待时间最长的线程会优先得到处理(其实就是通过将ReentrantLock设置为true来 达到这种公平性的:即等待时间最长的线程会先操作)。通常,公平性会使你在性能上付出代价,只有在的确非常需要的时候再使用它。它是基于数组的阻塞循环队 列,此队列按 FIFO(先进先出)原则对元素进行排序。

PriorityBlockingQueue是一个带优先级的 队列,而不是先进先出队列。元素按优先级顺序被移除,该队列也没有上限(看了一下源码,PriorityBlockingQueue是对 PriorityQueue的再次包装,是基于堆数据结构的,而PriorityQueue是没有容量限制的,与ArrayList一样,所以在优先阻塞 队列上put时是不会受阻的。虽然此队列逻辑上是无界的,但是由于资源被耗尽,所以试图执行添加操作可能会导致 OutOfMemoryError),但是如果队列为空,那么取元素的操作take就会阻塞,所以它的检索操作take是受阻的。另外,往入该队列中的元 素要具有比较能力。

DelayQueue(基于PriorityQueue来实现的)是一个存放Delayed 元素的无界阻塞队列,只有在延迟期满时才能从中提取元素。该队列的头部是延迟期满后保存时间最长的 Delayed 元素。如果延迟都还没有期满,则队列没有头部,并且poll将返回null。当一个元素的 getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS) 方法返回一个小于或等于零的值时,则出现期满,poll就以移除这个元素了。此队列不允许使用 null 元素。

摘自https://www.cnblogs.com/lemon-flm/p/7877898.html地址

附件为参考使用

 

 

高并发队列分析与压测报告

ConcurrentLikedQueue: 线程安全队列,适用于高并发,基于CAS实现

LinkedBlockingQueue: 在take和put中分别加锁,将独占锁分为两种锁

 

Benchmark                  Mode  Samples     Score     Error   Units

j.QueueTest.blockoffer    thrpt        5     3.011 ±   5.169  ops/us

j.QueueTest.blockpoll     thrpt        5  3806.534 ± 389.389  ops/us

j.QueueTest.conQoffer     thrpt        5     3.004 ±   5.740  ops/us

j.QueueTest.conQpoll      thrpt        5  3218.553 ± 332.273  ops/us

 

性能测试结果差别不大,目前看出处于同一级别

 

 

 

队列与设计模式的关联

 

生产者-消费者模式:

基于队列的分析研究_第1张图片

生产者专门生产产品,消费者专门消费产品,队列则为公共的产品库。

多个生产者同步生产产品,多个消费者消费产品。队列即是共享的产品仓库,为所有

线程同步共享

一般为阻塞队列实现:LinkedBlockingQueue,take()和put()方法,阻塞等待

 

消费者-take(),如果队列数据不为空,则一直获取,如果为空则阻塞等待,知道队列有数据

生产者-put(),如果队列未满则一直放入,如果满则阻塞等待,知道队列未满

 

 

观察者模式:

定义对象间一对多的依赖关系,当一个对象的状态发生改变时,所有依赖于它的对象都得到通知自动更新。 

发布/订阅模式,即一个生产者产生消息并进行发送后,可以由多个消费者进行接收。

 

 

基于队列的分析研究_第2张图片

队列则为消息的接收队列,一般性为阻塞队列处理

 

交易系统的应用场景分析

 

xnet订阅牌价的接价服务,类似观察者模式,阻塞方式的队列LinkedBlockingQueue实现。

目前初步测试效率不高,需要进一步测试验证此效率问题

代码在:xnet4j-1.3的XNetHandlerThread类中,待压测证明效率是否存在问题

 

交易通知消息队列的使用:重写的队列方式,类似ConcurrentLikedQueue通过CAS方式

实现,效率较高。不过交易通知可能存在系统重启丢包的情况

 

bat面试中队列常见题       

待补充

 

你可能感兴趣的:(数据结构,java基础,线程与高并发,设计模式)