DelayQueue原理分析

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本文详细介绍了DelayQueue的工作原理及其应用场景，包括如何通过实现Delayed接口来进行延时处理，以及使用优先队列实现的BlockingQueue来保证元素按照过期时间顺序处理。

DelayQueue基本简介

DelayQueue是一个无界阻塞队列，只有在延迟期满时才能从中提取元素。该队列的头部是延迟期满后保存时间最长的Delayed 元素。

DelayQueue是一个用来延时处理的队列，所谓延时处理就是说可以为队列中元素设定一个过期时间，相关的操作受到这个设定时间的控制。

DelayQueue使用场景

a) 关闭空闲连接。服务器中，有很多客户端的连接，空闲一段时间之后需要关闭之。
b) 缓存。缓存中的对象，超过了空闲时间，需要从缓存中移出。
c) 任务超时处理。在网络协议滑动窗口请求应答式交互时，处理超时未响应的请求。

如果不使用DelayQueue，那么常规的解决办法就是：使用一个后台线程，遍历所有对象，挨个检查。这种笨笨的办法简单好用，但是对象数量过多时，可能存在性能问题，检查间隔时间不好设置，间隔时间过大，影响精确度，过小则存在效率问题。而且做不到按超时的时间顺序处理。

DelayQueue基本原理

首先，这种队列中只能存放实现Delayed接口的对象，而此接口有两个需要实现的方法。最重要的就是getDelay，这个方法需要返回对象过期前的时间。简单说，队列在某些方法处理前，会调用此方法来判断对象有没有超时。

其次，DelayQueue是一个BlockingQueue，其特化的参数是Delayed。（不了解BlockingQueue的同学，先去了解BlockingQueue再看本文）
Delayed扩展了Comparable接口，比较的基准为延时的时间值，Delayed接口的实现类getDelay的返回值应为固定值（final）。DelayQueue内部是使用PriorityQueue实现的。

总结，DelayQueue的关键元素BlockingQueue、PriorityQueue、Delayed。可以这么说，DelayQueue是一个使用优先队列（PriorityQueue）实现的BlockingQueue，优先队列的比较基准值是时间。本质上即：

DelayQueue = BlockingQueue +PriorityQueue + Delayed

他们的基本定义如下

public interface Comparable<T> {
public int compareTo(T o);
}

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

public class DelayQueue<E extends Delayed> implements BlockingQueue<E> {
private final PriorityQueue<E> q = new PriorityQueue<E>();
}

DelayQueue内部的实现使用了一个优先队列。当调用DelayQueue的offer方法时，把Delayed对象加入到优先队列q中。如下：

public boolean offer(E e) {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();
    try {
        E first = q.peek();
        q.offer(e);
        if (first == null || e.compareTo(first) < 0)
            available.signalAll();
        return true;
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

DelayQueue的take方法，把优先队列q的first拿出来（peek），如果没有达到延时阀值，则进行await处理。如下：

public E take() throws InterruptedException {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lockInterruptibly();
    try {
        for (;;) {
            E first = q.peek();
            if (first == null) {
                available.await();
            } else {
                long delay =  first.getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS);
                if (delay > 0) {
                    long tl = available.awaitNanos(delay);
                } else {
                    E x = q.poll();
                    assert x != null;
                    if (q.size() != 0)
                        available.signalAll(); // wake up other takers
                    return x;

                }
            }
        }
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

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