阻塞队列-DelayQueue详解
一、DelayQueue介绍
DelayQueue 是一个支持延时获取元素的阻塞队列， 内部采用优先队列 PriorityQueue 存储元素，同时元素必须实现 Delayed 接口；在创建元素时可以指定多久才可以从队列中获取当前元素，只有在延迟期满时才能从队列中提取元素。延迟队列的特点是：不是先进先出，而是会按照延迟时间的长短来排序，下一个即将执行的任务会排到队列的最前面。
它是无界队列，放入的元素必须实现 Delayed 接口，而 Delayed 接口又继承了 Comparable 接口，所以自然就拥有了比较和排序的能力，代码如下：
public interface Delayed extends Comparable {//getDelay 方法返回的是“还剩下多长的延迟时间才会被执行”，//如果返回 0 或者负数则代表任务已过期。//元素会根据延迟时间的长短被放到队列的不同位置，越靠近队列头代表越早过期。long getDelay(TimeUnit unit);
} 二、DelayQueue的原理
2.1 数据结构
//用于保证队列操作的线程安全
private final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
// 优先级队列,存储元素，用于保证延迟低的优先执行
private final PriorityQueue q = new PriorityQueue();
// 用于标记当前是否有线程在排队（仅用于取元素时） leader 指向的是第一个从队列获取元素阻塞的线程
private Thread leader = null;
// 条件，用于表示现在是否有可取的元素 当新元素到达，或新线程可能需要成为leader时被通知
private final Condition available = lock.newCondition();public DelayQueue() {}
public DelayQueue(Collection c) {this.addAll(c); 2.2 入队put方法
public void put(E e) {offer(e);
}
public boolean offer(E e) {final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lock();try {// 入队q.offer(e);if (q.peek() == e) {// 若入队的元素位于队列头部，说明当前元素延迟最小// 将 leader 置空leader = null;// available条件队列转同步队列,准备唤醒阻塞在available上的线程available.signal();}return true;} finally {lock.unlock(); // 解锁，真正唤醒阻塞的线程}
}2.3 出队take方法
public E take() throws InterruptedException {final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lockInterruptibly();try {for (;;) {E first = q.peek();// 取出堆顶元素 if (first == null)// 如果堆顶元素为空，说明队列中还没有元素，直接阻塞等待available.await();else {long delay = first.getDelay(NANOSECONDS);// 堆顶元素的到期时间 if (delay <= 0)// 如果小于0说明已到期，直接调用poll()方法弹出堆顶元素return q.poll();// 如果delay大于0 ，则下面要阻塞了// 将first置为空方便gcfirst = null; // 如果前面有其它线程在等待，直接进入等待if (leader != null)available.await();else {// 如果leader为null，把当前线程赋值给它Thread thisThread = Thread.currentThread();leader = thisThread;try {// 等待delay时间后自动醒过来// 醒过来后把leader置空并重新进入循环判断堆顶元素是否到期// 这里即使醒过来后也不一定能获取到元素// 因为有可能其它线程先一步获取了锁并弹出了堆顶元素// 条件锁的唤醒分成两步，先从Condition的队列里出队// 再入队到AQS的队列中，当其它线程调用LockSupport.unpark(t)的时候才会真正唤醒available.awaitNanos(delay);} finally {// 如果leader还是当前线程就把它置为空，让其它线程有机会获取元素if (leader == thisThread)leader = null;}}}}} finally {// 成功出队后，如果leader为空且堆顶还有元素，就唤醒下一个等待的线程if (leader == null && q.peek() != null)// available条件队列转同步队列,准备唤醒阻塞在available上的线程available.signal();// 解锁，真正唤醒阻塞的线程lock.unlock();}三、DelayQueue使用场景
DelayQueue可以运用在以下应用场景：
缓存系统的设计：可以用DelayQueue保存缓存元素的有效期，使用一个线程循环查询DelayQueue，一旦能从DelayQueue中获取元素时，表示缓存有效期到了。
定时任务调度。使用DelayQueue保存当天将会执行的任务和执行时间，一旦从DelayQueue中获取到任务就开始执行，从比如TimerQueue就是使用DelayQueue实现的。
四、总结
DelayQueue其实采用了装饰器模式，在对PriorityQueue进行包装下增加了延时时间获取元素的功能，其主要特点归纳如下：
DelayQueue是一个无界阻塞队列，队列内部使用PriorityQueue来实现。
进入队列的元素必须实现Delayed接口，在创建元素时可以指定多久才能从队列中获取当前元素，只有在延迟期满时才能从中提取元素；
该队列头部是延迟期满后保存时间最长的Delayed元素；
如果没有延迟未过期元素，且队列没有头部，并且poll将返回null；
当一个元素的getDelay（TimeUnit.NANOSECONDS）方法返回一个小于等于0的值时，表示该元素已过期；
无法使用poll或take移除未到期的元素，也不会将这些元素作为正常元素对待；例如：size方法返回到期和未到期元素的计数之和。
此队列不允许使用null元素。
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