Java多線程之等待隊列DelayQueue詳解
一. 概念
DelayQueue被稱作"等待隊列"或"JDK延遲隊列",存放著實現(xiàn)了Delayed接口的對象。對象需要設置到期時間,當且僅當對象到期,才能夠從隊列中被取走(并非一定被取走)。DelayQueue的內部使用了PriorityQueue來存放元素,需要元素實現(xiàn)Comparable接口,優(yōu)先級隊列會根據(jù)對象的到期時間實現(xiàn)有序排序。
二. 案例
本案例參考了《Java編程思想》第21章P726頁的例子。
1. 定義延遲任務對象
class DelayedTask implements Runnable, Delayed { // Delayed接口必須實現(xiàn),Runnable接口可以不實現(xiàn) private static int counter = 0; private final int id = counter++; /** * 延遲的時間(單位: 毫秒) */ private final int delta; /** * 任務準備執(zhí)行的時間點(單位: 納秒) */ private final long trigger; protected static List<DelayedTask> sequence = new ArrayList<>(); public DelayedTask(int delayInMilliseconds) { delta = delayInMilliseconds; trigger = System.nanoTime() + NANOSECONDS.convert(delta, MILLISECONDS); sequence.add(this); } @Override public long getDelay(@NotNull TimeUnit unit) { // 過期時間 return unit.convert(trigger - System.nanoTime(), NANOSECONDS); } /** * 用于在過期任務隊列中,任務之間執(zhí)行順序的排序 */ @Override public int compareTo(@NotNull Delayed arg) { DelayedTask that = (DelayedTask)arg; if(trigger < that.trigger) return -1; if(trigger > that.trigger) return 1; return 0; } @Override public void run() { System.out.println(this + " "); } @Override public String toString() { // 語法規(guī)則: %[argument_index$][flags][width][.precision]conversion // %后面的1$指的是第一個參數(shù),也就是delta // $后面的-4d指的是如果數(shù)據(jù)總長度不夠4位,則由右向左補足空格 return String.format("[%1$-4d]", delta) + " Task " + id; } public String summary() { return "(" + id + ":" + delta + ")"; } public static class EndSentinel extends DelayedTask { private ExecutorService exec; public EndSentinel(int delay, ExecutorService e) { super(delay); exec = e; } @Override public void run() { for(DelayedTask pt : sequence) { System.out.println(pt.summary() + " "); } System.out.println(); System.out.println(this + " Calling shutdownNow()"); exec.shutdownNow(); } } }
2. 定義隊列的消費者
class DelayedTaskConsumer implements Runnable { private DelayQueue<DelayedTask> q; public DelayedTaskConsumer(DelayQueue<DelayedTask> q) { this.q = q; } @Override public void run() { try { while(!Thread.interrupted()) { // DelayQueue take() // 取出隊列中的head元素,若隊列中沒有任何延遲到期的元素存在,則該方法將會被阻塞 // 此時有兩種可能: 1. 隊列中沒有元素 2. 隊列中有元素,但都尚未過期 // 直到隊列中有延遲到期的元素為止 // 即便是不讓DelayedTask實現(xiàn)Runnable接口,本例的執(zhí)行結果也不會發(fā)生改變。 // 因為此處直接調用了run()方法,并沒有分配其他線程去驅動DelayedTask q.take().run(); } } catch (InterruptedException e) { // Acceptable way to exit System.out.println("Acceptable way to exit"); } System.out.println("Finished DelayedTaskConsumer"); } }
3. main方法
public class DelayQueueDemo { public static void main(String[] args) { test2(); } public static void test1() { Random random = new Random(47); ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool(); DelayQueue<DelayedTask> queue = new DelayQueue<>(); // Fill with tasks that have random delays: for(int i = 0; i < 5; i++) { queue.put(new DelayedTask(random.nextInt(5000))); } //使用DelayQueue take()的方式獲取任務 queue.add(new DelayedTask.EndSentinel(5000, exec)); exec.execute(new DelayedTaskConsumer(queue)); } public static void test2() { Random random = new Random(47); ExecutorService exec = Executors.newCachedThreadPool(); DelayQueue<DelayedTask> queue = new DelayQueue<>(); // Fill with tasks that have random delays: for(int i = 0; i < 5; i++) { queue.put(new DelayedTask(random.nextInt(5000))); } //使用DelayQueue poll()方式獲取任務 while(queue.size() != 0) { // 每執(zhí)行一次DelayQueue poll()且返回的元素不是null,則DelayQueue等待隊列的元素個數(shù)會減一 DelayedTask task = queue.poll(); if(task != null) { System.out.println(LocalDateTime.now(ZoneId.of("+08:00"))); } } } }
由于案例中給Random設置了種子,因此過期時間的值是可以預測的(每次執(zhí)行都保持一致)。test1()的執(zhí)行結果如下:
* [555 ] Task 1
* [961 ] Task 4
* [1693] Task 2
* [1861] Task 3
* [4258] Task 0
* (0:4258)
* (1:555)
* (2:1693)
* (3:1861)
* (4:961)
* (5:5000)
其中,[]方括號代表任務的執(zhí)行順序,()代表任務的創(chuàng)建順序。顯而易見,任務的創(chuàng)建順序與執(zhí)行順序沒有任何關系,任務嚴格按照延遲時間的長短運行。
三. 總結
1. 延遲隊列中的對象只有到期后才能夠從隊列中被取走。(若沒有到期或隊頭元素為null,則DelayQueue會陷入阻塞,說白了就是循環(huán)等待,可以參考DelayQueue的take()方法,寫了一個for(;;) )
2. 對象并非到期后就會被立刻取走,每次取出(poll())的僅僅是到期元素中隊頭元素。
3. 任務的創(chuàng)建順序與任務的執(zhí)行順序沒有任何關系,延遲隊列中任務的排序順序與過期任務對Comparable接口compareTo()方法的具體實現(xiàn)有關。
四. 疑問
還是以下圖為例
若在插入c之前,時間過去了100納秒,c仍然應該排列在b之前嗎?照此推論,只要把過期時長控制在500納秒以內,所有插入的任務都應該在b之前執(zhí)行(因為過期時長比b短),這是不是非常不合理?既然時間過去了100納秒,為什么不將a的過期時長改變成900納秒,b的過期時長改變成400納秒,最后讓b在c之前執(zhí)行呢?
遺憾的是,在DelayQueue的源碼中,并沒有看到對容器PriorityQueue內部元素有做任何定時器,試圖改變任務過期時長的代碼。
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