阻塞队列

       前面几篇文章看到了造成Java并发程序设计基础的底层构建块。然而，实际编程中，应该尽量远离底层结构。使用由并发处理的专业人士实现的较高层次的结构要方便的多，并且也安全的多。

    对于多线程问题，能够经过使用一个或多个队列以优雅且安全的方式将其形式化。生产者线程向队列插入元素，消费者线程则取出它们。使用队列，能够安全地从一个线程向另外一个线程传递数据。例如，考虑银行转账程序，转帐线程将转帐指令对象插入一个队列中，而不是直接访问银行对象。另外一个线程从队列中取出指令执行转帐。只有该线程能够访问该银行对象的内部，所以不须要同步（锁和条件是线程安全的队列类的实现者须要考虑的）。

        当试图向队列添加元素而队列已满，或是想从队列移出元素而队列为空的时候，阻塞队列（blocking queue）致使线程阻塞。在协调多个线程之间的合做时，阻塞队列是一个有用的工具。工做者线程能够周期性地将中间结果存储在阻塞队列中。其它的工做者线程移出中间结果并进一步加以修改。队列会自动地平衡负载。若是第一个线程集运行的比第二个慢，第二个线程集在等待结果时会阻塞。若是第一个线程集运行的快，他将等待第二个队列集遇上来。

    阻塞队列的方法：

方法	正常动做	特殊状况下的动做
add	添加一个元素	若是队列满，则抛出IllegalStateException异常
element	返回队列的头元素	若是队列空，抛出NoSuchElementException异常
offer	添加一个元素并返回true	若是队列满，返回false
peek	返回队列的头元素	若是队列空，则返回null
poll	移出并返回队列的头元素	若是队列空，则返回null
put	添加一个元素	若是队列满，则阻塞
remove	移出并返回头元素	若是队列空，则抛出NoSuchElementException异常
take	移出并返回头元素	若是队列空，则阻塞

        如上所述，阻塞队列方法分为3类，这取决于当队列满或空时它们的响应方式。若是将队列看成线程管理工具来使用，将要用到put和take方法。当试图向满的队列中添加或从空的队列中移出元素时，add、remove和element操做抛出异常。固然，在一个多线程程序中，队列会在任什么时候刻满或空，所以，必定要使用offer、poll和peek方法做为替代。这些方法若是不能完成任务，只是给出一个错误提示而不会抛出异常。须要注意的一点是，poll和peek方法返回null来指示失败，所以，向这些队列中插入null值是非法的。

        offer和poll方法还有带有超时的方法变体。例如，下面的调用：

    boolean success = q.offer(x,100,TimeUtil.MILLISECONDS);

尝试在100毫秒的时间内在队列的尾部插入一个元素。若是成功返回true，不然，达到超时时，返回false。相似地，下面的调用：

Object head = q.poll(100,TimeUnit.MILLISECONDS);

尝试用100毫秒的时间移出队列的头元素，若是成功返回头元素，不然，达到超时时，返回null。

        java.util.concurrent包提供了阻塞队列的几个变种。默认状况下，LinkedBlockingQueue的容量是没有上边界的，可是，也能够选择指定最大容量。LinkedBlockingDeque是一个双端的版本。ArrayBlockingQueue在构造时须要指定容量，而且有一个可选的参数来指定是否须要公平性。若设置了公平参数，则那么等待了最长时间的线程会优先获得处理。一般，公平性会下降性能，只有在确实很是须要时才使用它。

        PriorityBlockingQueue是一个带优先级的队列，而不是先进先出队列。元素按照它们的优先级顺序被移出。该队列是没有容量上限的，可是，若是队列是空的，取元素的操做会阻塞。

        最后，DelayQueue包含实现Delayed接口的对象：

interface Delayed extends Comparable<Delayed>{
    long getDelay(TimeUnit unit);
}

        getDelay方法返回对象的残留延迟。负值表示延迟已经结束。元素只有在延迟用完的状况下才能从DelayQueue移除。还必须实现compareTo方法，DelayQueue使用该方法对元素进行排序。

    下面是一个使用阻塞队列来控制线程集的例子，在一个目录及它的全部子目录下搜索全部文件，打印出包含指定关键字的行。

public class BlockingQueueTest {
    /**
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
	// TODO Auto-generated method stub
	Scanner in = new Scanner(System.in);
	System.out.print("Enter base directory(e.g. /usr/local/jdk1.6.0/src):");
	String directory = in.nextLine();
	System.out.print("Enter keyword (e.g. volatile):");
	String keyword = in.nextLine();
		
	final int FILE_QUEUE_SIZE = 10;
	final int SEARCH_THREADS = 100;
	BlockingQueue<File> queue = new ArrayBlockingQueue<File>(FILE_QUEUE_SIZE);
		
	FileEnumerationTask enumerator = new FileEnumerationTask(queue, new File(directory));
	new Thread(enumerator).start();
	for (int i = 1; i <= SEARCH_THREADS; i++) {
            new Thread(new SearchTask(queue, keyword)).start();
	}
    }
}

public class FileEnumerationTask implements Runnable {
    private BlockingQueue<File> queue;
    private File startingDirectory;
    public static File DUMMY = new File("");
	
    public FileEnumerationTask(BlockingQueue<File> queue, File startingDirectory){
	this.queue = queue;
	this.startingDirectory = startingDirectory;
    }
	
    @Override
    public void run() {
        try {
	    enumerate(startingDirectory);
	    queue.put(DUMMY);
	} catch (InterruptedException e) {
	    e.printStackTrace();
	}
    }
	
    public void enumerate(File directory) throws InterruptedException{
        File[] files = directory.listFiles();
        for(File file : files){
            if (file.isDirectory()) {
                enumerate(file);
            }else {
                queue.put(file);
            }
        }
    }
}

public class SearchTask implements Runnable {
    private BlockingQueue<File> queue;
    private String keyword;
	
    public SearchTask(BlockingQueue<File> queue,String keyword){
	this.queue = queue;
	this.keyword = keyword;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
	    boolean done = false;
	    while (!done) {
	        File file = queue.take();
		if (file == FileEnumerationTask.DUMMY) {
		    queue.put(file);
		    done = true;
		}else {
		    search(file);
		}
            }
	} catch (InterruptedException e) {
	    // TODO Auto-generated catch block
	    e.printStackTrace();
	} catch (FileNotFoundException e) {
	    // TODO Auto-generated catch block
	    e.printStackTrace();
	}
    }

    private void search(File file) throws FileNotFoundException {
        // TODO Auto-generated method stub
	Scanner in = new Scanner(new FileInputStream(file));
	int lineNumber = 0;
	while (in.hasNextLine()) {
	    lineNumber++;
	    String line = in.nextLine();
	    if(line.contains(keyword))
	        System.out.printf("%s:%d:%s%n",file.getPath(),lineNumber,line);
        }
	in.close();
    }
}