Java面试要点112 - Java延迟队列DelayQueue技术解析

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引言

DelayQueue是Java并发包中一个专门用于延迟处理的阻塞队列实现,它根据延迟时间对元素进行排序,只有当元素的延迟时间到期时才能被获取。DelayQueue在任务调度、消息延迟投递等场景中发挥着重要作用。

一、DelayQueue工作原理

DelayQueue的核心是基于PriorityQueue实现的优先级队列,并结合了线程安全机制。队列中的元素必须实现Delayed接口,以支持延迟特性和优先级排序。

import java.util.concurrent.*;

public class DelayQueueExample {
   
   
    // 实现Delayed接口的延迟任务
    static class DelayedTask implements Delayed {
   
   
        private final String name;
        private final long startTime;
        
        public DelayedTask(String name, long delayInMillis) {
   
   
            this.name = name;
            this.startTime = System.currentTimeMillis() + delayInMillis;
        }
        
        @Override
        public long getDelay(TimeUnit unit) {
   
   
            // 计算剩余延迟时间
            long diff = startTime - System.currentTimeMillis();
            return unit.convert(diff, TimeUnit.MILLISECONDS);
        }
        
        @Override
        public int compareTo(Delayed other) {
   
   
            // 按照延迟时间排序
            return Long.compare(getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS), 
                              other.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS));
        }
    }
}

二、延迟队列的内部实现

DelayQueue通过巧妙地结合ReentrantLock和Condition实现了线程安全和阻塞特性。它的内部实现确保了元素按照延迟时间顺序被处理。

public class CustomDelayQueue<E extends Delayed> {
   
   
    private final PriorityQueue<E> queue;
    private final ReentrantLock lock;
    private final Condition available;
    
    public CustomDelayQueue() {
   
   
        queue = new PriorityQueue<>();
        lock = new ReentrantLock();
        available = lock.newCondition();
    }
    
    public void put(E element) {
   
   
        lock.lock();
        try {
   
   
            queue.offer(element);
            if (queue.peek() == element) {
   
   
                available.signal();
            }
        } finally {
   
   
            lock.unlock();
        }
    }
    
    public E take() throws InterruptedException {
   
   
        lock.lockInterruptibly();
        try {
   
   
            for (;;) {
   
   
                E first = queue.peek();
                if (first == null) {
   
   
                    available.await();
                    continue;
                }
                
                long delay = first.getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS);
                if (delay <= 0) {
   
   
                    return queue.poll();
                }
                
                available.awaitNanos(delay);
            }
        } finally {
   
   
            lock.unlock();
        }
    }
}

三、高级特性与优化

3.1 优先级控制

除了基本的延迟功能,DelayQueue还可以实现更复杂的优先级控制机制。

public class PriorityDelayQueue {
   
   
    static class PriorityTask implements Delayed {
   
   
        private final String name;
        private final long time;
        private final int priority;
        
        public PriorityTask(String name, long delay, int priority) {
   
   
            this.name = name;
            this.time = System.currentTimeMillis() 
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