java并发编程工具类JUC第六篇:SynchronousQueue同步队列

在之前的文章中已经为大家介绍了java并发编程的工具：BlockingQueue接口、ArrayBlockingQueue、DelayQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue，本文为系列文章第六篇。

本篇文章将为大家介绍并发编程集合类SynchronousQueue，它是BlockingQueue接口的实现类。与所有的BlockingQueue接口实现类不同的是：SynchronousQueue队列的容量永远是0(或者可以理解为容量为1的队列,但是说队列容量为1并不准确)，这是因为SynchronousQueue实际上它不是一个真正的队列，因为它不会为队列中元素维护存储空间，它只是多个线程之间数据交换的媒介。

SynchronousQueue队列的一个线程的插入动作总是会等待另一个线程的移除操作，反之亦然。
put()方法放入元素对象到 SynchronousQueue不会返回结果（处于阻塞状态），直到另一个线程执行take()移除元素对象.
peek()方法在BlockingQueue接口实现类中可以获取元素，但不从队列中移除该元素。但在SynchronousQueue队列中该方法不可用。

SynchronousQueue 同步队列例子

下面我们写一个例子，来帮助我们理解SynchronousQueue的特性及用法。
SynchronousQueueProducer.java 启动线程每隔一秒向队列中放入一个Integer对象。

public class SynchronousQueueProducer implements Runnable {

   protected BlockingQueue blockingQueue;
   public SynchronousQueueProducer(BlockingQueue queue) {
      this.blockingQueue = queue;
   }

   @Override
   public void run() {
      int i = 0;
      while (true) {
         System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " Put: " + ++i);
         try {
            blockingQueue.put(i);
            Thread.sleep(1000);  //每隔一秒生产一次
         } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
         }
      }
   }

}

SynchronousQueueConsumer.java启动线程每5秒从队列中取出一个元素对象。

public class SynchronousQueueConsumer implements Runnable {
   protected BlockingQueue blockingQueue;

   public SynchronousQueueConsumer(BlockingQueue queue) {
      this.blockingQueue = queue;
   }

   @Override
   public void run() {
      while (true) {
         try {
            Integer data = blockingQueue.take();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " take(): " + data);
            Thread.sleep(5000);  //每隔5秒消费一次
         } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
         }
      }
   }

}

SynchronousQueueExample.java 新建一个SynchronousQueue同步队列，启动一个生产者线程插入对象，两个消费者线程移除对象。进行测试，看看效果。


public class SynchronousQueueExample {
    public static void main(String[] args) {
      final BlockingQueue synchronousQueue = new SynchronousQueue<>();
    
      SynchronousQueueProducer queueProducer = new SynchronousQueueProducer(synchronousQueue);
      new Thread(queueProducer).start();
    
      SynchronousQueueConsumer queueConsumer1 = new SynchronousQueueConsumer(synchronousQueue);
      new Thread(queueConsumer1).start();
    
      SynchronousQueueConsumer queueConsumer2 = new SynchronousQueueConsumer(synchronousQueue);
      new Thread(queueConsumer2).start();
    }
}

分析一下实验的结果，Thread-0 是生产者线程，Thread-1 和 Thread-2是消费者线程。从实验结果我们可以看到SynchronousQueue必须是生产一次、消费一次、生产一次、消费一次，不论有多少个消费者和生产者线程都必须遵循这个规则。

Thread-0 Put: 1
Thread-1 take(): 1
Thread-0 Put: 2
Thread-2 take(): 2
Thread-0 Put: 3
Thread-1 take(): 3
Thread-0 Put: 4
Thread-2 take(): 4
Thread-0 Put: 5
Thread-1 take(): 5
Thread-0 Put: 6
Thread-2 take(): 6
Thread-0 Put: 7
Thread-1 take(): 7
Thread-0 Put: 8
Thread-2 take(): 8
Thread-0 Put: 9
Thread-1 take(): 9
Thread-0 Put: 10
Thread-2 take(): 10
Thread-0 Put: 11
Thread-1 take(): 11
Thread-0 Put: 12
Thread-2 take(): 12

应用场景：如果我们不确定来自生产者请求数量，但是这些请求需要很快的处理掉，那么配合SynchronousQueue为每个生产者请求分配一个消费线程是最处理效率最高的办法。Executors.newCachedThreadPool()底层就使用了SynchronousQueue，这个线程池根据需求创建新的线程。

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