Java 7中的TransferQueue

Java7中加入了JSR 166y规范对集合类和并发类库的改进。其中的一项是增加了接口TransferQueue和其实现类LinkedTransferQueue。

TransferQueue继承了BlockingQueue（BlockingQueue又继承了Queue）并扩展了一些新方法。BlockingQueue（和Queue）是Java 5中加入的接口，它是指这样的一个队列：当生产者向队列添加元素但队列已满时，生产者会被阻塞；当消费者从队列移除元素但队列为空时，消费者会被阻塞。

TransferQueue则更进一步，生产者会一直阻塞直到所添加到队列的元素被某一个消费者所消费（不仅仅是添加到队列里就完事）。新添加的transfer方法用来实现这种约束。顾名思义，阻塞就是发生在元素从一个线程transfer到另一个线程的过程中，它有效地实现了元素在线程之间的传递（以建立Java内存模型中的happens-before关系的方式）。

TransferQueue还包括了其他的一些方法：两个tryTransfer方法，一个是非阻塞的，另一个带有timeout参数设置超时时间的。还有两个辅助方法hasWaitingConsumer()和getWaitingConsumerCount()。

当我第一次看到TransferQueue时，首先想到了已有的实现类SynchronousQueue。SynchronousQueue的队列长度为0，最初我认为这好像没多大用处，但后来我发现它是整个Java Collection Framework中最有用的队列实现类之一，特别是对于两个线程之间传递元素这种用例。

TransferQueue相比SynchronousQueue用处更广、更好用，因为你可以决定是使用BlockingQueue的方法（译者注：例如put方法）还是确保一次传递完成（译者注：即transfer方法）。在队列中已有元素的情况下，调用transfer方法，可以确保队列中被传递元素之前的所有元素都能被处理。Doug Lea说从功能角度来讲，LinkedTransferQueue实际上是ConcurrentLinkedQueue、SynchronousQueue（公平模式）和LinkedBlockingQueue的超集。而且LinkedTransferQueue更好用，因为它不仅仅综合了这几个类的功能，同时也提供了更高效的实现。

Joe Bowbeer提供了一篇William Scherer, Doug Lea, and Michael Scott的论文，在这篇论文中展示了LinkedTransferQueue的算法，性能测试的结果表明它优于Java 5的那些类（译者注：ConcurrentLinkedQueue、SynchronousQueue和LinkedBlockingQueue）。LinkedTransferQueue的性能分别是SynchronousQueue的3倍（非公平模式）和14倍（公平模式）。因为像ThreadPoolExecutor这样的类在任务传递时都是使用SynchronousQueue，所以使用LinkedTransferQueue来代替SynchronousQueue也会使得ThreadPoolExecutor得到相应的性能提升。考虑到executor在并发编程中的重要性，你就会理解添加这个实现类的重要性了。

Java 5中的SynchronousQueue使用两个队列（一个用于正在等待的生产者、另一个用于正在等待的消费者）和一个用来保护两个队列的锁。而LinkedTransferQueue使用CAS操作（译者注：参考wiki）实现一个非阻塞的方法，这是避免序列化处理任务的关键。这篇论文还罗列了很多的细节和数据，如果你感兴趣，非常值得一读。