Java中SynchronousQueue使用技巧-java教程-PHP中文网

Java中SynchronousQueue使用技巧

P粉602998670

发布： 2025-09-18 20:57:01

原创

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SynchronousQueue不存储元素，每次插入需等待移除，适用于线程间直接数据传递；公平模式确保等待时间最长的线程优先，避免饥饿，适合实时系统，但性能开销大；非公平模式提升吞吐量，减少上下文切换，适合高并发场景如日志处理；put()和take()方法阻塞直至配对线程就绪，实现数据同步传递；tryTransfer()可非阻塞尝试传递数据，支持超时，提高响应性；Executors.newCachedThreadPool()使用SynchronousQueue，动态创建线程执行短期任务，但可能因无限制创建线程导致资源耗尽；避免死锁需防止循环等待，不应在同一线程中同时调用put()和take()，建议使用超时或外部协调机制。

java中synchronousqueue使用技巧

SynchronousQueue本质上是一种特殊的阻塞队列，它不存储任何元素。每次插入操作必须等待一个相应的移除操作，反之亦然。想象一下，它就像一个电话亭，只有当有人打电话进来，同时有人在里面等待接听，这个通话才能建立。这使得它非常适合在线程之间直接传递数据，特别是在生产者-消费者模式中。

SynchronousQueue使用技巧

如何选择公平模式和非公平模式的SynchronousQueue？

SynchronousQueue提供了公平和非公平两种模式，通过构造函数中的

fair

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参数来控制。公平模式（

new SynchronousQueue<>(true)

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）保证等待时间最长的线程优先获得资源，而非公平模式（

new SynchronousQueue<>(false)

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或默认构造函数）则允许任何线程立即尝试获取资源，这可能导致某些线程一直等待。

选择哪种模式取决于你的应用场景。如果你需要确保每个线程都有公平的机会获得资源，避免饥饿现象，那么公平模式是更好的选择。然而，公平模式通常会带来更高的性能开销，因为它需要维护等待队列的顺序。

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非公平模式则可能提供更高的吞吐量，因为它允许线程竞争资源，减少了上下文切换的开销。但需要注意的是，非公平模式可能导致某些线程长时间无法获得资源，从而影响系统的整体响应时间。

例如，在构建一个高性能的日志系统时，我们可能更倾向于使用非公平模式，因为日志处理的吞吐量比单个线程的公平性更重要。而在构建一个实时交易系统时，我们可能需要使用公平模式，以确保每个交易请求都能得到及时处理。

// 公平模式
SynchronousQueue<String> fairQueue = new SynchronousQueue<>(true);

// 非公平模式
SynchronousQueue<String> unfairQueue = new SynchronousQueue<>(false);

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SynchronousQueue的

put()

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和

take()

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方法是如何工作的？

put()

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方法用于将元素插入队列，但由于SynchronousQueue不存储元素，

put()

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方法会阻塞，直到另一个线程调用

take()

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方法来移除该元素。同样，

take()

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方法也会阻塞，直到另一个线程调用

put()

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方法来插入一个元素。

这种阻塞机制使得SynchronousQueue成为线程之间直接交换数据的理想选择。想象一下，一个线程调用

put()

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方法，就像在电话亭里等待对方接听电话，而另一个线程调用

take()

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方法，就像接听电话一样。只有当两个线程都准备好时，数据才能成功传递。

// 生产者线程
new Thread(() -> {
    try {
        System.out.println("生产者准备放入数据");
        fairQueue.put("Hello, World!");
        System.out.println("生产者放入数据完成");
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}).start();

// 消费者线程
new Thread(() -> {
    try {
        Thread.sleep(1000); // 模拟一些耗时操作
        System.out.println("消费者准备获取数据");
        String message = fairQueue.take();
        System.out.println("消费者获取到数据: " + message);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}).start();

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如何使用

tryTransfer()

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方法进行非阻塞的数据传递？

tryTransfer()

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方法是SynchronousQueue提供的一个非阻塞方法，它尝试将元素传递给等待的消费者线程，如果立即没有消费者线程等待，则立即返回

false

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，而不是阻塞。这使得我们可以在不阻塞线程的情况下尝试进行数据传递。

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tryTransfer()

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方法可以接受一个超时参数，用于指定等待消费者线程的最长时间。如果在指定的时间内没有消费者线程等待，则返回

false

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。

使用

tryTransfer()

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方法可以避免线程长时间阻塞，提高系统的响应性。例如，在一个高并发的系统中，我们可能不希望生产者线程因为等待消费者线程而长时间阻塞，这时就可以使用

tryTransfer()

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方法进行非阻塞的数据传递。

// 生产者线程
new Thread(() -> {
    try {
        System.out.println("生产者尝试放入数据");
        boolean transferred = fairQueue.tryTransfer("Hello, World!", 500, TimeUnit.MILLISECONDS);
        if (transferred) {
            System.out.println("生产者放入数据成功");
        } else {
            System.out.println("生产者放入数据失败，没有消费者等待");
        }
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}).start();

// 消费者线程
new Thread(() -> {
    try {
        Thread.sleep(1000); // 模拟一些耗时操作
        System.out.println("消费者准备获取数据");
        String message = fairQueue.take();
        System.out.println("消费者获取到数据: " + message);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}).start();

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SynchronousQueue在线程池中的应用：

Executors.newCachedThreadPool()

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Executors.newCachedThreadPool()

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方法创建的线程池使用SynchronousQueue作为其工作队列。当线程池接收到一个新的任务时，它会尝试将任务直接传递给一个空闲的线程来执行。如果没有空闲线程，线程池会创建一个新的线程来执行该任务。如果线程执行完任务后，在指定的时间内没有新的任务到达，该线程会被回收。

这种机制使得

newCachedThreadPool()

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非常适合执行大量的短期任务。因为它可以根据任务的到达情况动态地创建和销毁线程，从而最大限度地利用系统资源。

然而，

newCachedThreadPool()

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也存在一些缺点。由于它会无限制地创建线程，如果任务的到达速度超过了线程的处理速度，可能会导致系统资源耗尽。因此，在使用

newCachedThreadPool()

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时，需要谨慎评估任务的负载情况，避免出现资源耗尽的问题。

ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();

for (int i = 0; i < 10; i++) {
    final int taskIndex = i;
    executor.execute(() -> {
        try {
            System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + " 正在执行任务 " + taskIndex);
            Thread.sleep(1000); // 模拟一些耗时操作
            System.out.println("线程 " + Thread.currentThread().getName() + " 完成任务 " + taskIndex);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    });
}

executor.shutdown();

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