java并发容器——延迟队列DelayQueue

延时阻塞队列DelayQueue是一种特殊的优先级队列，它也是无界的，它要求每个元素都实现Delayed接口，该接口的声明为：

public interface Delayed extends Comparable {
    long getDelay(TimeUnit unit);
}

Delayed扩展了Comparable接口，也就是说，DelayQueue的每个元素都是可比较的，它有一个额外方法getDelay返回一个给定时间单位unit的整数，表示再延迟多长时间，如果小于等于0，表示不再延迟。

DelayQueue也是优先级队列，它按元素的延时时间出队，它的特殊之处在于，只有当元素的延时过期之后才能被从队列中拿走，也就是说，take方法总是返回第一个过期的元素，如果没有，则阻塞等待。

DelayQueue可以用于实现定时任务，我们看段简单的示例代码：

public class DelayedQueueDemo {
    private static final AtomicLong taskSequencer = new AtomicLong(0);

    static class DelayedTask implements Delayed {
        private long runTime;
        private long sequence;
        private Runnable task;

        public DelayedTask(int delayedSeconds, Runnable task) {
            this.runTime = System.currentTimeMillis() + delayedSeconds * 1000;
            this.sequence = taskSequencer.getAndIncrement();
            this.task = task;
        }

        @Override
        public int compareTo(Delayed o) {
            if (o == this) {
                return 0;
            }
            if (o instanceof DelayedTask) {
                DelayedTask other = (DelayedTask) o;
                if (runTime < other.runTime) {
                    return -1;
                } else if (runTime > other.runTime) {
                    return 1;
                } else if (sequence < other.sequence) {
                    return -1;
                } else {
                    return 1;
                }
            }
            throw new IllegalArgumentException();
        }

        @Override
        public long getDelay(TimeUnit unit) {
            return unit.convert(runTime - System.currentTimeMillis(),
                    TimeUnit.MICROSECONDS);
        }

        public Runnable getTask() {
            return task;
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        DelayQueue tasks = new DelayQueue<>();
        tasks.put(new DelayedTask(2, new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("execute delayed task");
            }
        }));

        DelayedTask task = tasks.take();
        task.getTask().run();
    }
}

DelayedTask表示延时任务，只有延时过期后任务才会执行，任务按延时时间排序，延时一样的按照入队顺序排序。

内部，DelayQueue是基于PriorityQueue实现的，它使用一个锁ReentrantLock保护所有访问，使用一个条件available表示头部是否有元素，当头部元素的延时未到时，take操作会根据延时计算需睡眠的时间，然后睡眠，如果在此过程中有新的元素入队，且成为头部元素，则阻塞睡眠的线程会被提前唤醒然后重新检查。以上是基本思路，DelayQueue的实现有一些优化，以减少不必要的唤醒，具体我们就不探讨了。

模拟一个考试的日子，考试时间为120分钟，30分钟后才可交卷，当时间到了，或学生都交完卷了考试结束。

这个场景中几个点需要注意：

1. 考试时间为120分钟，30分钟后才可交卷，初始化考生完成试卷时间最小应为30分钟
2. 对于能够在120分钟内交卷的考生，如何实现这些考生交卷
3. 对于120分钟内没有完成考试的考生，在120分钟考试时间到后需要让他们强制交卷
4. 在所有的考生都交完卷后，需要将控制线程关闭

抽象出两个类，学生类和老师类，用DelayQueue存储考生（Student类）。每一个考生都有自己的名字和完成试卷的时间

Teacher线程对DelayQueue进行监控，收取完成试卷小于120分钟的学生的试卷。当考试时间120分钟到时，teacher线程宣布考试结束，强制DelayQueue中还存在的考生交卷。