DelayQueue原理与使用

DelayQueue 是一个支持延时获取元素的无界阻塞队列。队列使用PriorityQueue 来实现。队列中的元素必须实现Delayed 接口，在创建元素时可以指定多久才能从队列中获取当前元素。只有在延迟期满时才能从队列中提取元素。

DelayQueue 非常有用，可以将 DelayQueue 运用在以下应用场景。

缓存系统的设计：可以用 DelayQueue 保存缓存元素的有效期，使用一个线程循环查询 DelayQueue，一旦能从DelayQueue 中获取元素时，表示缓存有效期到了。

定时任务调度：使用 DelayQueue 保存当天将会执行的任务和执行时间，一旦从 DelayQueue 中获取到任务就开始执行，比如 TimerQueue 就是使用 DelayQueue 实现的。

1.实现 Delay 接口

 public interface Delayed extends Comparable<Delayed> {/*** Returns the remaining delay associated with this object, in the* given time unit.** @param unit the time unit* @return the remaining delay; zero or negative values indicate* that the delay has already elapsed*/long getDelay(TimeUnit unit);}

需要实现两个方法：

comparTo(Delayed o)：让延时时间最长的放在队列的末尾（即最早可以获取的元素放在队首）。
getDelay(TimeUnit unit)：返回剩余延迟时间，返回负数则说明已经过了延迟时间，可以获取元素。

2.延迟队列原理

take 方法片段：

public E take() throws InterruptedException {final ReentrantLock lock = this.lock;//可中断的获取锁lock.lockInterruptibly();try {//循环，直到过了延迟时间for (;;) {//查看队首元素E first = q.peek();if (first == null)available.await(); //队首元素为空，一直等待，直到有元素入队else {long delay = first.getDelay(NANOSECONDS);if (delay <= 0)return q.poll(); //过了延迟时间后队首元素出队，执行最外层的finally代码块唤醒其他等待线程并解锁first = null; // 消除对队首元素的强引用，方便GCif (leader != null)//leader是正在等待队首元素的线程，leader不空说明有线程正在等待队首元素，可以使用无参的wait一直等待，leader线程返回后会唤醒wait的线程available.await();else {//如果没有线程正在等待队首元素，则当前线程进行等待（leader设为当前线程）Thread thisThread = Thread.currentThread();leader = thisThread;//使用Condition的超时等待机制try {available.awaitNanos(delay);} finally {if (leader == thisThread)leader = null;}}}}} finally {if (leader == null && q.peek() != null)available.signal();lock.unlock();}
}

线程在 take() 方法中有两种类型的等待：

延迟时间没有到，且没有其他线程在等待队首元素。
- 这时会使用超时等待的机制：available.awaitNanos(delay)。如果在没有其他线程在等待队首元素时，使用 available.await() 进行等待的话，会进入一直等待的状态，因为没有其他线程调用 available.signal()。对应上面源码 17 行
延迟时间没有到，且有其他线程正在等待队首元素。
- 如果有其他线程在等待队首元素，从以上源码可以看出，这个线程一定是使用 available.awaitNanos(delay) 进行等待的，所以这个线程最终会调用 available.signal() 来唤醒等待队列上的线程，因此这种情况使用 available.await() 进行等待，对应上面源码 12 行。

由以上两点可以总结出多线程情况下竞争使用 DelayQueue 的特点：

一个元素（即队首元素）只能由一个线程进行超时等待（getDelay() 方法可以获取剩余等待时间），此时其他线程进入 take() 方法后会调用 available.await() 一直等待下去，正在等待队首元素的那个线程返回后会调用 available.signal() 唤醒等待队列中的进行。这种做法的言外之意就是一个元素只能被一个线程获取。
从上面源码最外层的 finally 代码块可以看出，每个线程在 take() 方法退出后都会调用 available.signal()。

3.使用 DelayQueue 实现简易缓存

思路：使用 Map 来维护缓存数据，DelayQueue 保存 Map 的键，另外开启一个线程，循环获取 DelayQueue 中保存的键，当获取到这个键时，说明缓存时间已经到了，则根据这个键把 Map 中的数据 remove 掉。

public class Cache<K, V> implements Runnable {private Map<K, V> map = new ConcurrentHashMap<>(); //使用线程安全的ConcurrentHashMapprivate DelayQueue<DelayItem<K>> delayQueue = new DelayQueue<>();private volatile boolean stop = false; //多线程环境下，状态需要使用 volatile 修饰，保证其他线程修改状态后，状态的最新值能够立即被其他线程读取。public Cache() {// 开启一个线程循环获取 DelayQueue 中保存的键，获取到时说明缓存过期。new Thread(this).start();}public void add(K key, V value, long expire) {map.put(key, value);delayQueue.add(new DelayItem<>(expire, key));}public V get(Object key) {return map.get(key);}@Overridepublic void run() {while (!stop) {DelayItem<K> item = null;try {item = delayQueue.take();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}if (item != null) {map.remove(item.getKey()); //获取到元素说明缓存过期，需要 remove 掉。}}}public void shutdown() {stop = false;}static class DelayItem<K> implements Delayed {private long createTime;private long expire;private K key;public DelayItem(long expire, K key) {this.createTime = System.currentTimeMillis();this.expire = expire;this.key = key;}public K getKey() {return key;}@Overridepublic long getDelay(TimeUnit unit) {return expire - unit.MILLISECONDS.toSeconds(System.currentTimeMillis() - createTime);}// 按延迟时间排序，延迟短的在前@Overridepublic int compareTo(Delayed o) {return this.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS) - o.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS) == 0 ?0 : this.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS) - o.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS) < 0 ? -1 : 1;}}}

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