音视频开发之旅（55）- 阻塞队列与无锁并发容器

阻塞队列（Blocking Queue）是一种特殊类型的队列，它可以阻塞线程，直到队列中有元素可取或队列中有空间可放。这使得阻塞队列非常适合用于线程之间的通信，因为线程可以等待队列中有元素可取或队列中有空间可放，而不会浪费 CPU 时间不断地轮询队列。

阻塞队列有两种主要类型：有界队列和无界队列。有界队列有一个固定的容量，而无界队列的容量可以无限增长。有界队列通常用于限制内存的使用，而无界队列通常用于处理大量数据。

Java 并发库中提供了多种阻塞队列的实现，包括 ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue、DelayQueue 等。这些队列的性能和特性各不相同，因此在选择时需要根据具体的需求进行权衡。

无锁并发容器（Lock-Free Concurrent Container）是一种无需加锁即可实现线程安全的并发容器。这使得无锁并发容器在某些场景下，可以提供比阻塞队列更高的性能。

Java 并发库中提供了多种无锁并发容器的实现，包括 ConcurrentHashMap、ConcurrentLinkedQueue、ConcurrentSkipListSet、CopyOnWriteArrayList 等。这些容器的性能和特性各不相同，因此在选择时需要根据具体的需求进行权衡。

阻塞队列和无锁并发容器都是非常有用的并发工具，它们可以帮助我们编写出高效、可靠的并发程序。

阻塞队列的定义和使用场景

阻塞队列是存储元素的集合，它允许线程在队列为空时等待，并在队列非空时唤醒。阻塞队列的常见实现包括：

• ArrayBlockingQueue：一个有界阻塞队列，使用数组作为底层存储结构。
• LinkedBlockingQueue：一个无界阻塞队列，使用链表作为底层存储结构。
• PriorityBlockingQueue：一个有界阻塞队列，元素按照优先级存储。
• DelayQueue：一个无界阻塞队列，元素按照延迟时间存储。

阻塞队列广泛用于线程之间的通信，例如：

• 生产者-消费者问题：生产者线程将数据放入队列，消费者线程从队列中取出数据。
• 任务队列：线程池将任务放入队列，工作线程从队列中取出任务执行。
• 缓存：应用程序将数据放入队列，其他应用程序从队列中取出数据。

无锁并发容器之 ConcurrentLinkedQueue 和 CAS

ConcurrentLinkedQueue 是 Java 并发包中提供的一个无锁并发队列。它使用 CAS（Compare-And-Swap）算法来保证线程安全。CAS 算法是一种无锁的原子操作，它允许线程在不加锁的情况下更新共享变量。

ConcurrentLinkedQueue 的主要特点如下：

• 无锁：ConcurrentLinkedQueue 不需要加锁，因此它可以提供更高的吞吐量。
• FIFO：ConcurrentLinkedQueue 是一个先进先出的队列，即先放入队列的元素先被取出。
• 无界：ConcurrentLinkedQueue 是一个无界队列，它可以存储任意数量的元素。

ConcurrentLinkedQueue 的主要缺点是它不支持迭代器。这意味着我们无法使用 for-each 循环来遍历队列中的元素。

参考资料

• Java 并发库 - 阻塞队列
• Java 并发库 - 无锁并发容器
• CAS 算法