LinkedTransferQueue在Java中的应用与例子

LinkedTransferQueue是Java中concurrent包中的一个实现类，它是一个多线程的数据结构，支持生产者消费者模型，能为多个线程提供解耦、高效的通信机制，本文将对其应用和例子进行详细讲解。

概述

LinkedTransferQueue是一个满足无边界以及可并发访问的队列，它具有优先传输、完整性、阻塞等特性，它比传统队列的一个重要区别在于，当生产者生产元素后，它可以自动唤醒正在等待的消费者线程，同样的，当没有消费者线程消费元素时，它也会自动唤醒等待的生产者线程。这种设计使得LinkedTransferQueue可以很好的支持生产者消费者模型。

在LinkedTransferQueue中，元素只能由生产者push()到队列中，或者消费者take()从队列中取回元素。此外，LinkedTransferQueue支持tryTransfer()操作，该操作可以直接将数据传递给一个消费者，如果无法成功则返回false，不会将元素添加到队列中。如果要将元素添加到队列中，需要使用transfer()方法。但由于LinkedTransferQueue使用链表实现，因此其不支持带初始容量的队列操作。

LinkedTransferQueue是线程安全的，且性能高于BlockingQueue。由于其使用链表结构，LinkedTransferQueue一般被认为适用于高并发场景，特别是需要良好响应时间的场景。

应用场景

这里列举几个使用LinkedTransferQueue的应用场景：

线程池

在Java中，线程池是使用频率最高的并发编程技术之一，LinkedTransferQueue与线程池的结合可以使线程池更稳定，更高效，例如以下代码：

public class MyThreadPool {
    private LinkedTransferQueue<Runnable> taskList = new LinkedTransferQueue<>();

    public void submit(Runnable task) throws InterruptedException {
        taskList.offer(task);
    }

    public MyThreadPool(int coreSize) {
        for (int i = 0; i < coreSize; i++) {
            new Thread(() -> {
                while (true) {
                    try {
                        Runnable task = taskList.take();
                        if (task != null) {
                            task.run();
                        }
                    } catch (InterruptedException e) {
                        break;
                    }
                }
            }).start();
        }
    }
}

上述代码在MyThreadPool中使用LinkedTransferQueue来存储线程池中的任务队列，线程池中的运行线程会从任务队列中取出任务执行，直到任务队列为空。

生产者消费者模式

在经典的生产者消费者模型中，生产者不断往队列中放置元素，消费者不断从队列中取走元素。这个模型可以解决数据共享的问题。

以下代码展示了一个简单的生产者消费者模型：

public class ProducerConsumerExample {
    private final LinkedTransferQueue<Integer> queue = new LinkedTransferQueue<>();

    public void start() {
        new Thread(() -> {
            while (true) {
                try {
                    queue.transfer(produce());
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                    break;
                }
            }
        }).start();

        new Thread(() -> {
            while (true) {
                try {
                    consume(queue.take());
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                    break;
                }
            }
        }).start();
    }

    private Integer produce() {
        int value = new Random().nextInt(100);
        System.out.println("Producer produce " + value);
        return value;
    }

    private void consume(Integer item) {
        System.out.println("Consumer consume " + item);
    }
}

如上述代码所示，ProducerConsumerExample中使用了LinkedTransferQueue提供的transfer方法将数据放入队列，使用take()方法取出队列中的元素。在start()方法中启动两个线程，一个线程不断生产数据并放入队列中，另一个线程不断从队列中取出数据进行消费。

多线程调度

在多线程编程中，线程调度是必不可少的。如果某个线程需要等待其他线程结束后才能执行，那么就可以使用LinkedTransferQueue来进行线程间通信。

例如以下代码：

public class ThreadScheduler {
    private final LinkedTransferQueue<String> queue = new LinkedTransferQueue<>();

    public void add(String threadName, String nextThreadName) throws InterruptedException {
        System.out.println(threadName + " is ready, waiting...");

        // 将当前线程的名字加入队列，等待下一个线程取出
        queue.transfer(threadName);

        // 等待下一个线程从队列中取出自己的名字
        while (!queue.contains(nextThreadName)) {
            // do nothing
        }

        System.out.println(threadName + " is running...");
    }
}

上述代码演示了如何使用LinkedTransferQueue来实现多线程之间的互相等待，add()方法接受两个参数，第一个参数为当前线程的名字，第二个参数为下一个要执行的线程的名字。在add()方法中，线程的名字被加入队列中等待被取出，当下一个线程的名字被加入队列中之后，当前线程才会继续执行。

总结

LinkedTransferQueue是Java并发编程中非常实用的一个工具类，它可以很好的支持生产者消费者模型，并且可以应用于各种多线程编程场景中。在使用LinkedTransferQueue时需要注意线程安全和性能问题，同时要注意LinkedTransferQueue不支持带初始容量的队列操作。