详解Java线程池队列中的延迟队列DelayQueue

在阻塞队里中，除了对元素进行增加和删除外，我们可以把元素的删除做一个延迟的处理，即使用DelayQueue的方法。本文就来和大家聊聊Java线程池队列中的DelayQueue—延迟队列 

public enum QueueTypeEnum {
   ARRAY_BLOCKING_QUEUE(1, "ArrayBlockingQueue"),
   LINKED_BLOCKING_QUEUE(2, "LinkedBlockingQueue"),
   DELAY_QUEUE(3, "DelayQueue"),
   PRIORITY_BLOCKING_QUEUE(4, "PriorityBlockingQueue"),
   SYNCHRONOUS_QUEUE(5, "SynchronousQueue"),
   LINKED_TRANSFER_QUEUE(6, "LinkedTransferQueue"),
   LINKED_BLOCKING_DEQUE(7, "LinkedBlockingDeque"),
   VARIABLE_LINKED_BLOCKING_QUEUE(8, "VariableLinkedBlockingQueue"),
   MEMORY_SAFE_LINKED_BLOCKING_QUEUE(9, "MemorySafeLinkedBlockingQueue");
}

DelayQueue延迟队列

类似于PriorityBlockingQueue，是二叉堆实现的 * 优先级阻塞队列。要求元素都实现Delayed 接口，通过执行时延从队列中提取任务，只有在延迟期满后才能从中提取元素。DelayQueue的泛型参数需要实现Delayed接口，Delayed接口继承了Comparable接口，DelayQueue内部使用非线程安全的优先队列（PriorityQueue），并使用Leader/Followers模式，最小化不必要的等待时间。DelayQueue不允许包含null元素。

public interface Delayed extends Comparable<Delayed> {

/**
    * 返回与此对象关联的剩余延迟（给定的时间单位）。
    * @param unit 时间单位
    * @返回剩余延迟；零值或负值表示 延迟已过期
    */
   long getDelay(TimeUnit unit);
}

DelayQueue使用场景

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。

DelayQueue属性

//可重入同步锁
private final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

//DelayQueue的实现依赖于PriorityQueue(优先队列)
private final PriorityQueue<E> q = new PriorityQueue<E>();

//第一个等待某个延时对象的线程，在延时对象还没有到期时其他线程看到这个leader不为null，那么就直接wait
//主要是为了避免大量线程在同一时间点唤醒，导致大量的竞争，反而影响性能
private Thread leader = null;

//条件队列，用于wait线程
private final Condition available = lock.newCondition();

DelayQueue构造方法

//从上面属性就可以看出，DelayQueue采用了饿汉模式，调用构造方法即创建了队列实例
public DelayQueue() {}

/**
* 创建一个DelayQueue，最初包含给定的Collection实例集合。
* @param c 最初包含的元素集合
*/
public DelayQueue(Collection<? extends E> c) {
   this.addAll(c);
}

实现Delayed接口使用示例

class MyDelay<T> implements Delayed {

long delayTime; // 延迟时间
   long expire; // 过期时间
   T data;

public MyDelay(long delayTime, T t) {
       this.delayTime = delayTime;
       // 过期时间 = 当前时间 + 延迟时间
       this.expire = System.currentTimeMillis() + delayTime;
       data = t;
   }

/**
    * 剩余时间 = 到期时间 - 当前时间
    */
   @Override
   public long getDelay(TimeUnit unit) {
       return unit.convert(this.expire - System.currentTimeMillis(), TimeUnit.MILLISECONDS);
   }

/**
    * 优先级规则：两个任务比较，时间短的优先执行
    */
   @Override
   public int compareTo(Delayed o) {
       long f = this.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS) - o.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS);
       return (int) f;
   }

@Override
   public String toString() {
       return "delayTime=" + delayTime +
               ", expire=" + expire +
               ", data=" + data;
   }
}

public class DelayQueueDemo {
   static BlockingQueue<Delayed> queue = new DelayQueue();
   public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
       queue.add(new MyDelay(8, "第一次添加任务"));
       queue.add(new MyDelay(3, "第二次添加任务"));
       queue.add(new MyDelay(5, "第三次添加任务"));

while (!queue.isEmpty()) {
           Delayed delayed = queue.take();
           System.out.println(delayed);
       }
   }
}

DelayQueue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 * 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

来源：https://juejin.cn/post/7173147657316073480