图解DelayQueue源码（java 8）——延时队列的小九九
DelayQueue 是一种特殊的阻塞队列，只有到期的对象，才能从队列中取出。
底层有用到 PriorityQueue，入队时会进行排序。也就是说，这个阻塞队列是有序的。
典型的应用场景，比如：12306订票，30分钟内未支付，则取消订单。
实现这样的功能，用定时任务是刷，当然可以。但用DelayQueue会更精确。
一、示例代码
public static void main(String[] args) throws Exception {
long base = System.currentTimeMillis();
DelayQueue<Food> queue = new DelayQueue<>();
for(int i = 0; i < 10; i++){
String name = "food_" + i;
int cookedMinutes = RandomUtil.randomInt(1,20);
Food food = new Food(name, cookedMinutes);
log.info("name:{}, cookeMinutes:{}",name, cookedMinutes);
queue.offer(food);
}
log.info("all foods OK");
for(int i = 0; i < 10; i++){
Food food = queue.take();
log.info("foodName:{}, time:{}",food.name,(food.cookedSeconds - base) / 1000 );
}
static class Food implements Delayed{
private String name;
private long cookedSeconds;
Food(String name, int cookedSeconds){
this.name = name;
this.cookedSeconds = System.currentTimeMillis() + cookedSeconds * 1000;
}
@Override
public long getDelay(TimeUnit unit) {
return cookedSeconds - System.currentTimeMillis();
}
@Override
public int compareTo(Delayed o) {
long result = this.getDelay(TimeUnit.SECONDS) - o.getDelay(TimeUnit.SECONDS);
return result == 0 ? 0 : result > 0 ? 1 : -1;
}
}
这个示例代码，你可以理解为涮火锅。
各种食材，煮熟所需要的时间是不同的。
吃的时候，只捞煮熟的。
只有实现了Delayed的接口，这样的元素才能放入 DelayQueue 。
在示例代码中重写了两个方法 getDelay() 。只有这个方法返回值 小于等于 0，才会出队。
重写 compareTo 方法，是给 PriorityQueue 排序用。
你可以运行下示例代码，看下效果。可以实现，类似吃火锅时，只捞起煮熟的菜。
二、入队操作
private final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
private final PriorityQueue<E> q = new PriorityQueue<E>();
/**
* 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.
*/
private final Condition available = lock.newCondition();
讲入队源码之前，先看下 DelayQueue 中的几个成员变量。
ReentrantLock lock是个全局锁，相关操作的时候，需要加锁。
PriorityQueue，这是个优先级队列，存放元素的。之前在介绍 PriorityBlockingQueue 时，详细说过堆化、排序等问题。
Thread leader，这个很有意思，英文好的，看下源码的注释，这个是用来控制出队竞争的。
Condition available，这个是用来阻塞与唤醒的。详细的分析，可以看我以前的博文：《ArrayBlockingQueue 源码解析》
public boolean offer(E e) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock(); // 拿锁
try {
q.offer(e); // 放入优先级队列中
if (q.peek() == e) {
// 如果所放元素，位于堆顶
leader = null;
available.signal(); // 给出队的线程发信号
}
return true;
} finally {
lock.unlock();
}
}
从入队源码来看，入队操作，不会阻塞。在加锁的情况下，元素被放入 PriorityQueue 中。
而 PriorityQueue 是会自动扩容的，自动排序的。
q.peek() == e 进行这个判断是做什么的？
还是拿刚刚吃火锅的例子：
你先在锅里放了些土豆，一时半会儿熟不了。
这时你又往里放了盘青菜。青菜虽然比土豆放的晚，可它会先熟。
你得吆喝两声，来，来，来，捞青菜吃。
q.peek() == e 这个的意思是所放元素，会第一个出队。 相当于青菜。
leader = null 和 available.signal()，是通知出队线程，取元素。相当于那两声吆喝。
三、出队操作
public E take() throws InterruptedException {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly();
try {
for (;;) {
E first = q.peek();
if (first == null)
available.await();
else {
long delay = first.getDelay(NANOSECONDS);
if (delay <= 0)
return q.poll();
first = null; // don't retain ref while waiting
if (leader != null)
available.await();
else {
Thread thisThread = Thread.currentThread();
leader = thisThread;
try {
available.awaitNanos(delay);
} finally {
if (leader == thisThread)
leader = null;
}
}
}
}
} finally {
if (leader == null && q.peek() != null)
available.signal();
lock.unlock();
}
}
出队的逻辑，可以用刚刚吃火锅的例子，形象的讲一下。
首先，夹菜必需用公筷，公筷只有一双哈。
其中一个人，拿着公筷夹起一片肥牛，看成色不熟，就开始涮几下。
这时，其它几个人，要是也想夹菜，那得排队等着，因为公筷就那一双。
那人涮了几个后，又夹起来，看那肉熟了。肉夹到自己碗里，放下公筷。
这时，他吆喝一声，下一个。那别人就用这个公筷夹菜了。
这里的公筷，就相当于代码中的 leader，
leader 为空，可以取元素。
leader不为空，说明有线程在等着出队，其它线程调用 await() 方法排队等待。
await() 方法，先进入等待队列，再解锁、之后阻塞、被唤醒后抢锁。
signal() 方法，是从等待队列中取一个节点，放入CLH 队列，之后有机会去抢锁。
这两个方法的源码解析，看我之前的这篇博文《ArrayBlockingQueue 源码解析》
有上面的铺垫，咱们再开始细说，出队源码。
假设有 t1, t2, t3, t4 这四个线程，同时来执行take() 方法。
首先，是 lock.lockInterruptibly(); 这一行是抢锁，假设 t1 抢到了锁。
t2, t3, t4 阻塞在这一行。效果如图。（AQS 框架不熟悉的话，看下这篇博文《ReentrantLock源码解析》）
假设 first == null ，那 t1 线程，会执行 available.await()，它会入等待队列，释放锁，阻塞。
在 t1 进入等待队列后，释放锁之前，会是下面这个样子。
当 t1 释放了锁，那么t2, t3, t4 去抢锁，某个线程抢到了锁，和 t1 线程一个命运。
会执行 available.await() 入队，释放锁，阻塞。 如此往复，最终四个线程都会阻塞到这行代码。
假如说 t5 线程，现在执行了 offer(E e) 方法，队列中有元素了，那会调用 available.signal() 这行。
那么会从等待队列中取出一个节点，放到CLH队列中抢锁。
t5 线程 释放锁的时候，会唤醒 CLH 队列中 最前面的节点。
那原来 t1 节点阻塞在 available.await(); 唤醒后，拿到锁，会跳出这行代码。
比如在执行 long delay = first.getDelay(NANOSECONDS); 这行时，delay 大于 0 。
相当于肥牛还没熟，那就继续往下执行，leader = thisThread; 相当于拿到公筷啦。
执行 available.awaitNanos(delay); 比如还有5秒到时间，那它就等待5秒。
available.awaitNanos(delay) 方法和 available.await() 类似，
进入等待队列，解锁，限时阻塞，自我唤醒
限时阻塞，指阻塞一定时间后，自动唤醒自己，进入 CLH 队列，抢到锁，跳出 awaitNanos() 方法。
若是在 t1 限时阻塞期间，有别的线程来执行 take() 方法， 执行 leader != null 时，会返回true,
因为公筷是t1 拿着，其它线程即使来了，也会阻塞在 available.await(); 这行代码中。
当 t1 线程限时阻塞结束、自我唤醒拿到锁，就跳出 awaitNanos
此时阻塞队列中，是有可以取走的元素，之前是肥牛没熟，现在熟了……
t1 丢掉了公筷，第二次进入 for 循环，会取走上次没有取走的肥牛。
在 return 之前，执行 finally中的代码
if (leader == null && q.peek() != null) // 锅里有肉，公筷没有被占用
available.signal(); // 唤醒一个节点，让它去抢锁
lock.unlock(); // 释放锁
至此为此，take() 方法讲完了，这里面哪里阻塞，怎么被唤醒的，都说了下。
代码逻辑不复杂，这里面并发控制的真好，阻塞也设计的很好，尤其是公筷的设计，特别棒。
Doug Lea 真的是大牛，写的代码太牛了！
至此，阻塞队列中，常用的五个阻塞队列，源码逐一做了分析。
包括，
- ArrayBlockingQueue
- LinkedBlockingQueue
- PriorityBlockingQueue
- SynchronousQueue
- DelayQueue
对于不同的场景，选择不同的阻塞队列，我也写了一篇总括的文章。《浅谈五种常用的阻塞队列》。