JUC阻塞队列之DelayQueue源码分析
DelayQueue是一个支持延时获取元素的***阻塞队列。并且队列中的元素必须实现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队列中获取到元素。DelayQueue的应用范围非常广阔，如可以用它来保存缓存中元素的有效期，也可用它来实现定时任务。
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Delayed接口
在分析DelayQueue源码之前，我们先来看看Delayd接口，其源码定义如下：
public interface Delayed extends Comparable < Delayed > {
/**
* 指定返回对象的延时时间
* @param unit [时间单位]
* @return [延时的剩余，0或者-1表示延时已经过期]
*/
long getDelay(TimeUnit unit);
}我们看到，Delayed接口继承了Comparable接口，即实现Delayed接口的对象必须实现getDelay(TimeUnit unit)方法和compareTo(T o)方法。这里compareTo(T o)方法可以用来实现元素的排序，可以将延时时间长的放到队列的末尾。
DelayQueue构造函数
上面分析了Delayed接口，接下来我们分析DelayQueue的构造函数。DelayQueue提供了2种构造函数，一个是无参构造函数，一个是给定集合为参数的构造函数。其源码如下：
/**
* 构建一个空的DelayQueue
*/
public DelayQueue() {}
/**
* 给定集合c为参数的构造函数
* 将集合c中的元素全部放入到DelayQueue中
*/
public DelayQueue(Collection < ? extends E > c) {
this.addAll(c);
}addAll方法是AbstractQueue抽象类中的方法，其源码如下：
public boolean addAll(Collection < ? extends E > c) {
// 参数检测
if (c == null)
throw new NullPointerException();
if (c == this)
throw new IllegalArgumentException();
boolean modified = false;
//遍历集合c中的元素
for (E e: c)
// 调用DelayQueue中的add方法
if (add(e))
modified = true;
return modified;
}从上面的源码中，我们可以看到，AbstractQueue抽象类中addAll方法实际是调用DelayQueue类中的add方法来实现的。
DelayQueue 入列操作
DelayQueue提供了4中入列操作，分别是：
- add(E e):阻塞的将制定元素添加到延时队列中去，因为队列是***的因此此方法永不阻塞。
- offer(E e):阻塞的将制定元素添加到延时队列中去，因为队列是***的因此此方法永不阻塞。
- put(E e):阻塞的将制定元素添加到延时队列中去，因为队列是***的因此此方法永不阻塞。
- offer(E e, long timeout, TimeUnit unit):阻塞的将制定元素添加到延时队列中去，因为队列是***的因此此方法永不阻塞。
这里大家可能会奇怪，为什么这些入列方法的解释都是一样的？这个问题先等下回答，我们先来看看这几个入列方法的源码定义：
public boolean add(E e) {
return offer(e);
}
public boolean offer(E e) {
//获取可重入锁
final ReentrantLock lock = this.lock;
//加锁
lock.lock();
try {
//调用PriorityQueue中的offer方法
q.offer(e);
//调用PriorityQueue中的peek方法
if (q.peek() == e) {
leader = null;
available.signal();
}
return true;
} finally {
//释放锁
lock.unlock();
}
}
public void put(E e) {
offer(e);
}
public boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit) {
return offer(e);
}这里我们从源码中可以看到，add(E e)方法、put(E e)方法和offer(E e,long timeout,TimeUnit unit)方法都是调用offer(E e)方法来实现的，这也是为什么这几个方法的解释都是一样的原因。其中offer(E e)方法的核心又是调用了PriorityQueue中的offer(E e)方法，PriorityQueue和PriorityBlockingQueue都是以二叉堆的***队列，只不过PriorityQueue不是阻塞的而PriorityBlockingQueue是阻塞的。
DelayQueue出列操作
DelayQueue提供了3中出列操作方法，它们分别是：
- poll():检索并删除此队列的开头，如果此队列没有延迟延迟的元素，则返回null
- take():检索并除去此队列的头，如有必要，请等待直到该队列上具有过期延迟的元素可用。
- poll(long timeout, TimeUnit unit):检索并删除此队列的头，如有必要，请等待直到该队列上具有过期延迟的元素可用，或者或指定的等待时间到期。
下面我们来一个一个分析出列操作的原来。
poll():
poll操作的源码定义如下：
public E poll() {
//获取可重入锁
final ReentrantLock lock = this.lock;
//加锁
lock.lock();
try {
//获取队列中的第一个元素
E first = q.peek();
//若果元素为null,或者头元素还未过期，则返回false
if (first == null || first.getDelay(NANOSECONDS) > 0)
return null;
else
//调用PriorityQueue中的出列方法
return q.poll();
} finally {
lock.unlock();
}
}该方法与PriorityQueue的poll方法唯一的区别就是多了if (first == null || first.getDelay(NANOSECONDS) > 0)这个条件判断，该条件是表示如果队列中没有元素或者队列中的元素未过期，则返回null。
take
take操作源码定义如下：
public E take() throws InterruptedException {
final ReentrantLock lock = this.lock;
//加锁
lock.lockInterruptibly();
try {
//西循环
for (;;) {
//查看队列头元素
E first = q.peek();
//如果队列头元素为null,则表示队列中没有数据，线程进入等待队列
if (first == null)
available.await();
else {
// 获取first元素剩余的延时时间
long delay = first.getDelay(NANOSECONDS);
//若果剩余延时时间<=0 表示元素已经过期，可以从队列中获取元素
if (delay <= 0)
//直接返回头部元素
return q.poll();
//若果剩余延时时间>0，表示元素还未过期，则将first置为null,防止内存溢出
first = null; // don't retain ref while waiting
//如果leader不为null，则直接进入等待队列中等待
if (leader != null)
available.await();
else {
//若果leader为null,则把当前线程赋值给leader，并超时等待delay纳秒
Thread thisThread = Thread.currentThread();
leader = thisThread;
try {
available.awaitNanos(delay);
} finally {
if (leader == thisThread)
leader = null;
}
}
}
}
} finally {
if (leader == null && q.peek() != null)
//唤醒线程
available.signal();
lock.unlock();
}
}take操作比poll操作稍微要复杂些，但是逻辑还是相对比较简单。只是在获取元素的时候先检查元素的剩余延时时间，如果剩余延时时间<=0,则直接返回队列头元素。如果剩余延时时间>0，则判断leader是否为null，若果leader不为null，则表示已经有线程在等待获取队列的头部元素，因此直接进入等待队列中等待。若果leader为null，则表示这是第一个获取头部元素的线程，把当前线程赋值给leader，然后超时等待剩余延时时间。在take操作中需要注意的一点是fist=null，因为如果first不置为null的话会引起内存溢出的异常，这是因为在并发的时候，每个线程都会持有一份first，因此first不会被释放，若果线程数过多，就会导致内存溢出的异常。
poll(long timeout, TimeUnit unit)
超时等待获取队列元素的源码如下：
public E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
long nanos = unit.toNanos(timeout);
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly();
try {
for (;;) {
E first = q.peek();
if (first == null) {
if (nanos <= 0)
return null;
else
nanos = available.awaitNanos(nanos);
} else {
long delay = first.getDelay(NANOSECONDS);
if (delay <= 0)
return q.poll();
if (nanos <= 0)
return null;
first = null; // don't retain ref while waiting
if (nanos < delay || leader != null)
nanos = available.awaitNanos(nanos);
else {
Thread thisThread = Thread.currentThread();
leader = thisThread;
try {
long timeLeft = available.awaitNanos(delay);
nanos -= delay - timeLeft;
} finally {
if (leader == thisThread)
leader = null;
}
}
}
}
} finally {
if (leader == null && q.peek() != null)
available.signal();
lock.unlock();
}
}这个出列操作的逻辑和take出列操作的逻辑几乎一样，唯一不同的在于take是无时间限制等待，而改操作是超时等待。
总结
DelayQueue的入列和出列操作逻辑相对比较简单，就是在获取元素的时候，判断元素是否已经过期，若果过期就可以直接获取，没有过期的话poll操作是直接返回null，take操作是进入等待队列中等待。
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