SynchronousQueue 的简单应用

SynchronousQueue是这样一种阻塞队列，其中每个 put 必须等待一个 take，反之亦然。同步队列没有任何内部容量，甚至连一个队列的容量都没有。 
     不能在同步队列上进行 peek，因为仅在试图要取得元素时，该元素才存在； 
     除非另一个线程试图移除某个元素，否则也不能（使用任何方法）添加元素;也不能迭代队列，因为其中没有元素可用于迭代。队列的头是尝试添加到队列中的首个已排队线程元素； 如果没有已排队线程，则不添加元素并且头为 null。 
     对于其他 Collection 方法（例如 contains），SynchronousQueue 作为一个空集合。此队列不允许 null 元素。
    它非常适合于传递性设计，在这种设计中，在一个线程中运行的对象要将某些信息、 
事件或任务传递给在另一个线程中运行的对象，它就必须与该对象同步。 
    对于正在等待的生产者和使用者线程而言，此类支持可选的公平排序策略。默认情况下不保证这种排序。 
    但是，使用公平设置为 true 所构造的队列可保证线程以 FIFO 的顺序进行访问。 公平通常会降低吞吐量，但是可以减小可变性并避免得不到服务。 
    注意1：它一种阻塞队列，其中每个 put 必须等待一个 take，反之亦然。同步队列没有任何内部容量，甚至连一个队列的容量都没有。 
    注意2：它是线程安全的，是阻塞的。 
    注意3:不允许使用 null 元素。 
    注意4：公平排序策略是指调用put的线程之间，或take的线程之间。公平排序策略可以查考ArrayBlockingQueue中的公平策略。 
    注意5:SynchronousQueue的以下方法： 
    * iterator() 永远返回空，因为里面没东西。 
    * peek() 永远返回null。 
    * put() 往queue放进去一个element以后就一直wait直到有其他thread进来把这个element取走。 
    * offer() 往queue里放一个element后立即返回，如果碰巧这个element被另一个thread取走了，offer方法返回true，认为offer成功；否则返回false。 
    * offer(2000, TimeUnit.SECONDS) 往queue里放一个element但是等待指定的时间后才返回，返回的逻辑和offer()方法一样。 
    * take() 取出并且remove掉queue里的element（认为是在queue里的。。。），取不到东西他会一直等。 
    * poll() 取出并且remove掉queue里的element（认为是在queue里的。。。），只有到碰巧另外一个线程正在往queue里offer数据或者put数据的时候，该方法才会取到东西。否则立即返回null。 
    * poll(2000, TimeUnit.SECONDS) 等待指定的时间然后取出并且remove掉queue里的element,其实就是再等其他的thread来往里塞。 
    * isEmpty()永远是true。 
    * remainingCapacity() 永远是0。 
    * remove()和removeAll() 永远是false。

这是一个很有意思的阻塞队列，其中每个插入操作必须等待另一个线程的移除操作，同样任何一个移除操作都等待另一个线程的插入操作。因此此队列内部其 实没有任何一个元素，或者说容量是0，严格说并不是一种容器。由于队列没有容量，因此不能调用peek操作，因为只有移除元素时才有元素。

一个没有容量的并发队列有什么用了？或者说存在的意义是什么？

SynchronousQueue 的实现非常复杂，当然了如果真要去分析还是能够得到一些经验的，但是前面分析了过多的结构后，发现越来越陷于数据结构与算法里面了。我的初衷是通过研究并 发实现的原理来更好的利用并发来最大限度的利用可用资源。所以在后面的章节中尽可能的少研究数据结构和算法，但是为了弄清楚里面的原理，必不可免的会涉及 到一些这方面的知识，希望后面能够适可而止。

再回到话题。SynchronousQueue 内部没有容量，但是由于一个插入操作总是对应一个移除操作，反过来同样需要满足。那么一个元素就不会再SynchronousQueue 里面长时间停留，一旦有了插入线程和移除线程，元素很快就从插入线程移交给移除线程。也就是说这更像是一种信道（管道），资源从一个方向快速传递到另一方 向。

需要特别说明的是，尽管元素在SynchronousQueue 内部不会“停留”，但是并不意味之SynchronousQueue 内部没有队列。实际上SynchronousQueue 维护者线程队列，也就是插入线程或者移除线程在不同时存在的时候就会有线程队列。既然有队列，同样就有公平性和非公平性特性，公平性保证正在等待的插入线 程或者移除线程以FIFO的顺序传递资源。

显然这是一种快速传递元素的方式，也就是说在这种情况下元素总是以最快的方式从插入着（生产者）传递给移除着（消费者），这在多任务队列中是最快处理任务的方式。在线程池的相关章节中还会更多的提到此特性。

SynchronousQueue<E>的定义如下

public class SynchronousQueue<E>
extends AbstractQueue<E>
implements BlockingQueue<E>, Serializable

从上面可以看出，它实现BlockingQueue<E>，所以是阻塞队列，从名字看，它又是同步的。

它模拟的功能类似于生活中一手交钱一手交货这种情形，像那种货到付款或者先付款后发货模型不适合使用SynchronousQueue。
首先要知道SynchronousQueue没有容纳元素的能力，即它的isEmpty()方法总是返回true，但是给人的感觉却像是只能容纳一个元素。

另外在创建SynchronousQueue时可以传递一个boolean参数来指定它是否是访问它的线程按遵守FIFO顺序处理，true表示遵守FIFO。

下面使用SynchronousQueue模拟只能生产一个产品的生产者-消费者模型

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.SynchronousQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class Test19 {
	public static void main(String[] args) {
		SynchronousQueue<Integer> queue = new SynchronousQueue<Integer>();
		new Customer(queue).start();
		new Product(queue).start();
	}
	static class Product extends Thread{
		SynchronousQueue<Integer> queue;
		public Product(SynchronousQueue<Integer> queue){
			this.queue = queue;
		}
		@Override
		public void run(){
			while(true){
				int rand = new Random().nextInt(1000);
				System.out.println("生产了一个产品："+rand);
				System.out.println("等待三秒后运送出去...");
				try {
					TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
				} catch (InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				}
				queue.offer(rand);
			}
		}
	}
	static class Customer extends Thread{
		SynchronousQueue<Integer> queue;
		public Customer(SynchronousQueue<Integer> queue){
			this.queue = queue;
		}
		@Override
		public void run(){
			while(true){
				try {
					System.out.println("消费了一个产品:"+queue.take());
				} catch (InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				}
				System.out.println("------------------------------------------");
			}
		}
	}
	/**
	 * 运行结果：
	 *  生产了一个产品：464
		等待三秒后运送出去...
		消费了一个产品:773
		------------------------------------------
		生产了一个产品：547
		等待三秒后运送出去...
		消费了一个产品:464
		------------------------------------------
		生产了一个产品：87
		等待三秒后运送出去...
		消费了一个产品:547
		------------------------------------------
	 */
}