1、DeplayQueue延時無界阻塞佇列
在談到DelayQueue的使用和原理的時候，我們先介紹一下DelayQueue，DelayQueue是一個無界阻塞佇列，只有在延遲期滿時才能從中提取元素。此隊列的頭部是延遲期滿後保存時間最長的Delayed元素。 （推薦學習：java面試題目）
DelayQueue阻塞佇列在我們系統開發中也常常會用到，例如：快取系統的設計，快取中的對象，超過了空閒時間，需要從快取中移出；任務調度系統，能夠準確的掌握任務的執行時間。我們可能需要透過線程處理很多時間上要求很嚴格的資料。
如果使用普通的線程，我們就需要遍歷所有的對象，一個一個的檢查看數據是否過期等，首先這樣在執行上的效率不會太高，其次就是這種設計的風格也大大的影響了數據的精度。一個需要12：00點執行的任務可能12：01才執行，這樣對資料要求很高的系統有更大的弊端。由此我們可以使用DelayQueue。
下面將會對DelayQueue做一個介紹，然後舉例。並且提供一個Delayed介面的實作和Sample程式碼。 DelayQueue是一個BlockingQueue，其特化的參數是Delayed。
（不了解BlockingQueue的同學，先去了解BlockingQueue再看本文）Delayed擴展了Comparable接口，比較的基準為延時的時間值，Delayed接口的實現類getDelay的返回值應為固定值（final）。 DelayQueue內部是使用PriorityQueue實現的。
DelayQueue=BlockingQueue+PriorityQueue+Delayed
DelayQueue的關鍵元素BlockingQueue、PriorityQueue、Delayed。可以這麼說，DelayQueue是一個使用優先隊列（PriorityQueue）實現的BlockingQueue，而優先隊列的比較基準值是時間。
他們的基本定義如下
public interface Comparable<T> {
public int compareTo(T o);
}
public interface Delayed extends Comparable<Delayed> {
long getDelay(TimeUnit unit);
}
public class DelayQueue<E extends Delayed> implements BlockingQueue<E> {
private final PriorityQueue<E> q = new PriorityQueue<E>();
}DelayQueue 內部的實作使用了一個優先隊列。當呼叫 DelayQueue 的 offer 方法時，把 Delayed 物件加入優先權佇列 q 中。如下：
public boolean offer(E e) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
E first = q.peek();
q.offer(e);
if (first == null || e.compareTo(first) < 0)
available.signalAll();
return true;
} finally {
lock.unlock();
}
}DelayQueue 的 take 方法，把優先隊列 q 的 first 拿出來（peek），如果沒有達到延時閥值，則進行 await處理。如下：
public E take() throws InterruptedException {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly();
try {
for (; ; ) {
E first = q.peek();
if (first == null) {
available.await();
} else {
long delay = first.getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS);
if (delay > 0) {
long tl = available.awaitNanos(delay);
} else {
E x = q.poll();
assert x != null;
if (q.size() != 0)
available.signalAll(); //wake up other takers return x;
}
}
}
} finally {
lock.unlock();
}
}DelayQueue 實例應用
Ps：為了具有呼叫行為，存放到 DelayDeque 的元素必須繼承 Delayed 介面。 Delayed 介面使物件成為延遲對象，它使存放在 DelayQueue 類別中的物件具有了啟動日期。此介面強制執行下列兩個方法。
以下將使用 Delay 做一個快取的實作。其中共包括三個類別Pair、DelayItem、Cache
Pair 類別：
public class Pair<K, V> {
public K first;
public V second;
public Pair() {
}
public Pair(K first, V second) {
this.first = first;
this.second = second;
}
}以下是對Delay 介面的實作：
import java.util.concurrent.Delayed;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong;
public class DelayItem<T> implements Delayed {
/**
* Base of nanosecond timings， to avoid wrapping
*/
private static final long NANO_ORIGIN = System.nanoTime();
/**
* Returns nanosecond time offset by origin
*/
final static long now() {
return System.nanoTime() - NANO_ORIGIN;
}
/**
* Sequence number to break scheduling ties， and in turn to guarantee FIFO order among tied
* entries.
*/
private static final AtomicLong sequencer = new AtomicLong(0);
/**
* Sequence number to break ties FIFO
*/
private final long sequenceNumber;
/**
* The time the task is enabled to execute in nanoTime units
*/
private final long time;
private final T item;
public DelayItem(T submit， long timeout) {
this.time = now() + timeout;
this.item = submit;
this.sequenceNumber = sequencer.getAndIncrement();
}
public T getItem() {
return this.item;
}
public long getDelay(TimeUnit unit) {
long d = unit.convert(time - now()， TimeUnit.NANOSECONDS); return d;
}
public int compareTo(Delayed other) {
if (other == this) // compare zero ONLY if same object return 0;
if (other instanceof DelayItem) {
DelayItem x = (DelayItem) other;
long diff = time - x.time;
if (diff < 0) return -1;
else if (diff > 0) return 1;
else if (sequenceNumber < x.sequenceNumber) return -1;
else
return 1;
}
long d = (getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS) - other.getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS));
return (d == 0) ?0 :((d < 0) ?-1 :1);
}
}以下是Cache 的實現，包括了put 和get 方法
import javafx.util.Pair;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
import java.util.concurrent.ConcurrentMap;
import java.util.concurrent.DelayQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.logging.Level;
import java.util.logging.Logger;
public class Cache<K, V> {
private static final Logger LOG = Logger.getLogger(Cache.class.getName());
private ConcurrentMap<K, V> cacheObjMap = new ConcurrentHashMap<K, V>();
private DelayQueue<DelayItem<Pair<K, V>>> q = new DelayQueue<DelayItem<Pair<K, V>>>();
private Thread daemonThread;
public Cache() {
Runnable daemonTask = new Runnable() {
public void run() {
daemonCheck();
}
};
daemonThread = new Thread(daemonTask);
daemonThread.setDaemon(true);
daemonThread.setName("Cache Daemon");
daemonThread.start();
}
private void daemonCheck() {
if (LOG.isLoggable(Level.INFO)) LOG.info("cache service started.");
for (; ; ) {
try {
DelayItem<Pair<K, V>> delayItem = q.take();
if (delayItem != null) {
// 超时对象处理
Pair<K, V> pair = delayItem.getItem();
cacheObjMap.remove(pair.first, pair.second); // compare and remove
}
} catch (InterruptedException e) {
if (LOG.isLoggable(Level.SEVERE)) LOG.log(Level.SEVERE, e.getMessage(), e);
break;
}
}
if (LOG.isLoggable(Level.INFO)) LOG.info("cache service stopped.");
}
// 添加缓存对象
public void put(K key, V value, long time, TimeUnit unit) {
V oldValue = cacheObjMap.put(key, value);
if (oldValue != null) q.remove(key);
long nanoTime = TimeUnit.NANOSECONDS.convert(time, unit);
q.put(new DelayItem<Pair<K, V>>(new Pair<K, V>(key, value), nanoTime));
}
public V get(K key) {
return cacheObjMap.get(key);
}
}測試main 方法：##
// 测试入口函数
public static void main(String[] args) throws Exception {
Cache<Integer, String> cache = new Cache<Integer, String>();
cache.put(1, "aaaa", 3, TimeUnit.SECONDS);
Thread.sleep(1000 * 2);
{
String str = cache.get(1);
System.out.println(str);
}
Thread.sleep(1000 * 2);
{
String str = cache.get(1);
System.out.println(str);
}
}輸出結果為：
aaaa null
2、並發（Collection）佇列-非阻塞佇列
#非阻塞佇列##首先我們要簡單的理解下什麼是非阻塞隊列：
與阻塞隊列相反，非阻塞隊列的執行並不會被阻塞，無論是消費者的出隊，或是生產者的入隊。在底層，非阻塞佇列使用的是 CAS(compare and swap)來實作執行緒執行的非阻塞。
非阻塞佇列簡單操作與阻塞佇列相同，非阻塞佇列中的常用方法，也是出隊和入隊。
offer()：Queue 介面繼承下來的方法，實作佇列的入隊操作，不會阻礙執行緒的執行，插入成功回傳true；出隊方法：
poll()：移動頭結點指針，返回頭結點元素，並將頭結點元素出隊；隊列為空，則返回null；
peek()：移動頭結點指針，返回頭結點元素，不會將頭結點元素出隊；佇列為空，則傳回null；
3、非阻塞演算法CAS首先我們需要了解悲觀鎖和樂觀鎖
悲觀鎖：假定並發環境是悲觀的，如果發生並發衝突，就會破壞一致性，所以要透過獨佔鎖徹底禁止衝突發生。有一個經典比喻，“如果你不鎖門，那麼搗蛋鬼就回闖入並搞得一團糟”，所以“你只能一次打開門放進一個人，才能時刻盯緊他”。
樂觀鎖：假定並發環境是樂觀的，即雖然會有並發衝突，但衝突可發現且不會造成損害，所以，可以不加任何保護，等發現並發衝突後再決定放棄操作還是重試。可類比的比喻為，“如果你不鎖門，那麼雖然搗蛋鬼會闖入，但他們一旦打算破壞你就能知道”，所以“你大可以放進所有人，等發現他們想破壞的時候再做決定」。
通常認為樂觀鎖的效能比悲觀所更高，特別是在某些複雜的場景。這主要由於悲觀鎖在加鎖的同時，也會把某些不會造成破壞的操作保護起來；而樂觀鎖的競爭則只發生在最小的並發衝突處，如果用悲觀鎖來理解，就是「鎖的粒度最小」。但樂觀鎖的設計往往比較複雜，因此，複雜場景下還是多用悲觀鎖。首先確保正確性，有必要的話，再去追求性能。
樂觀鎖的實現往往需要硬體的支持，多數處理器都實現了一個CAS指令，實現“Compare And Swap”的語義（這裡的swap是“換入”，也就是set），構成了基本的樂觀鎖。 CAS包含3個運算元：
需要讀寫的記憶體位置V
比較的值A
#所寫入的新值B
當且僅當位置V的值等於A時，CAS才會以原子方式以新值B來更新位置V的值；否則不會執行任何操作。無論位置V的值是否等於A，都會傳回V原有的值。一個有趣的事實是，「使用CAS控制並發」與「使用樂觀鎖」並不等價。 CAS只是一種手段，既可以實現樂觀鎖，也可以實現悲觀鎖。樂觀、悲觀只是一種並發控制的策略。
以上是java多執行緒與並發面試題目（1~3題，附答案）的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！
