原创

LinkedBlockingQueue与ConcurrentLinkedQueue的异同

1. 简单的开篇

LinkedBlockingQueueConcurrentLinkedQueue 是 Java 高并发场景中最常使用的队列。尽管这两个队列经常被用作并发场景的数据结构,但它们之间仍有细微的特征和行为差异。
在这篇文章中,我将和大家一起探讨这两者之间的异同点。欢迎大家在留言讨论~

2. LinkedBlockingQueue

首先 LinkedBlockingQueue 是一个 “可选且有界” 的阻塞队列实现,你可以根据需要指定队列的大小。
接下来,我将创建一个LinkedBlockingQueue,它最多可以包含100个元素:

BlockingQueue<Integer> boundedQueue = new LinkedBlockingQueue<>(100);

当然,我们也可以通过不指定大小,来创建一个无界的 LinkedBlockingQueue

BlockingQueue<Integer> unboundedQueue = new LinkedBlockingQueue<>();

无界队列表示在创建时未指定队列的大小。因此,队列可以随着元素的添加而动态增长。但是,如果没有剩余内存,则队列将抛出 java.lang.OutOfMemory 错误。

这里留下一个问题给大家思考: 创建无界队列是好还是坏呢?

我们还可以从现有的集合来创建 LinkedBlockingQueue

Collection<Integer> listOfNumbers = Arrays.asList(1,2,3,4,5);
BlockingQueue<Integer> queue = new LinkedBlockingQueue<>(listOfNumbers);

LinkedBlockingQueue 实现了BlockingQueue接口,该接口为它提供了阻塞性质

阻塞队列表示如果访问线程已满(当队列有界时)或变为空,则队列将阻塞该线程。如果队列已满,则添加新元素将阻塞访问线程,除非新元素有可用空间。类似地,如果队列为空,则访问元素会阻塞调用线程:

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(1);
LinkedBlockingQueue<Integer> queue = new LinkedBlockingQueue<>();
executorService.submit(() -> {
  try {
    queue.take();
  } 
  catch (InterruptedException e) {
    // exception handling
  }
});

在上面的代码片段中,我们正在访问一个空队列。因此,take() 方法阻塞调用线程。

LinkedBlockingQueue 的阻塞特性与一些开销相关。这个代价是因为每个puttake操作在生产者线程或使用者线程之间都是锁争用的。因此,在许多生产者和消费者的情况下,put和take 动作可能会慢一些。

3. ConcurrentLinkedQueue

首先声明,ConcurrentLinkedQueue 是一个无边界、线程安全且无阻塞的队列

创建一个空的 ConcurrentLinkedQueue:

ConcurrentLinkedQueue queue = new ConcurrentLinkedQueue();

同上面一样,我们也可以从现有集合创建 ConcurrentLinkedQueue

Collection<Integer> listOfNumbers = Arrays.asList(1,2,3,4,5);
ConcurrentLinkedQueue<Integer> queue = new ConcurrentLinkedQueue<>(listOfNumbers);

不同于 LinkedBlockingQueueConcurrentLinkedQueue是非阻塞的队列。因此,即使队列为空(empty),它也不会阻塞线程。相反,它会返回 (null) 。虽然它是无界的,但如果没有额外的内存来添加新元素,它依旧会抛出 java.lang.OutOfMemory 错误。
除了非阻塞之外,ConcurrentLinkedQueue还有其他特性。
在任何生产者-消费者场景中,消费者都不会满足于生产者;但是,多个生产者将相互竞争:

int element = 1;
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
ConcurrentLinkedQueue<Integer> queue = new ConcurrentLinkedQueue<>();

Runnable offerTask = () -> queue.offer(element);

Callable<Integer> pollTask = () -> {
  while (queue.peek() != null) {
    return queue.poll().intValue();
  }
  return null;
};

executorService.submit(offerTask);
Future<Integer> returnedElement = executorService.submit(pollTask);
assertThat(returnedElement.get().intValue(), is(equalTo(element)));

第一个任务 offerTask 向队列中添加元素,第二个任务 pollTask 从队列中检索元素。pollTask 首先检查队列中的元素,因为ConcurrentLinkedQueue是非阻塞的,并且可以返回null

4. 求同

LinkedBlockingQueueConcurrentLinkedQueue 都是队列实现,并具有一些共同特征。让我们讨论一下这两个队列的相似之处:

  1. 实现 Queue 接口
  2. 它们都使用 linked nodes 存储节点
  3. 都适用于并发访问场景

5. 存异

尽管这两种队列都有某些相似之处,但也有一些实质性的特征差异:

特性 LinkedBlockingQueue ConcurrentLinkedQueue
阻塞性 阻塞队列,并实现blocking queue接口 非阻塞队列,不实现blocking queue接口
队列大小 可选的有界队列,这意味着可以在创建期间定义队列大小 无边界队列,并且没有在创建期间指定队列大小的规定
锁特性 基于锁的队列 无锁队列
算法 锁的实现基于 “双锁队列(two lock queue)” 算法 依赖于Michael&Scott算法来实现无阻塞、无锁队列
实现 双锁队列 算法机制中,LinkedBlockingQueue使用两种不同的锁,putLocktakeLockput/take操作使用第一个锁类型,take/poll操作使用另一个锁类型 使用CAS(Compare And Swap)进行操作
阻塞行为 当队列为空时,它会阻塞访问线程 当队列为空时返回 null,它不会阻塞访问线程

6. 总结才能进步

首先,我们分别讨论了这两种队列实现及其一些特性、相似性、以及它们之间的差异。这样的比较,是否让你对这两种队列有了更深刻的印象?

正文到此结束