服务器端利器--双缓冲队列

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传统队列是生产者线程和消费者线程从同一个队列中存取数据，必然需要互斥访 问，在互相同步等待中浪费了宝贵的时间，使队列吞吐量受影响。双缓冲队使用两个队列，将读写分离，一个队列专门用来读，另一个专门用来写，当读队列空或写 队列满时将两个队列互换。这里为了保证队列的读写顺序，当读队列为空且写队列不为空时候才允许两个队列互换。

经过测试性能较JDK自带的queue的确有不小提高。

测试是和JDK6中性能最高的阻塞Queue：java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue做比较，这个队列是环形队列的实现方式，性能还算不错，不过我们的目标是没有最好，只有更好。
测试场景：
起若干个生产者线程，往Queue中放数据，起若干个消费者线程从queue中取数据，统计每个消费者线程取N个数据的平均时间。
数据如下：
场景1 
生产者线程数：1
消费者线程数：1
Queue容量：5w
取元素个数：1000w
JDK ArrayBlockingQueue用时平均为：  5,302,938,177纳秒
双缓冲队列用时平均为：                      5,146,302,116纳秒
相差大概160毫秒

场景2： 
生产者线程数：5
消费者线程数：4
Queue容量：5w
取元素个数：1000w
JDK ArrayBlockingQueue用时平均为：  32,824,744,868纳秒
双缓冲队列用时平均为：                      20,508,495,221纳秒
相差大概12.3秒

可见在生产者消费者都只有一个的时候存和取的同步冲突比较小，双缓冲队列
优势不是很大，当存取线程比较多的时候优势就很明显了。

队列主要方法如下：

Java代码  

1. <span style="font-size: small;">/** 
2.  *  
3.  * CircularDoubleBufferedQueue.java 
4.  * 囧囧有神 
5.  * @param <E>2010-6-12 
6.  */  
7. public class CircularDoubleBufferedQueue<E> extends AbstractQueue<E>  
8. implements BlockingQueue<E>, java.io.Serializable  
9. {  
10.     private static final long serialVersionUID = 1L;  
11.     private Logger logger =   Logger.getLogger(CircularDoubleBufferedQueue.class.getName());  
12.   
13.     /** The queued items  */  
14.     private final E[] itemsA;  
15.     private final E[] itemsB;  
16.       
17.     private ReentrantLock readLock, writeLock;  
18.     private Condition notEmpty;  
19.     private Condition notFull;  
20.     private Condition awake;  
21.       
22.       
23.     private E[] writeArray, readArray;  
24.     private volatile int writeCount, readCount;  
25.     private int writeArrayHP, writeArrayTP, readArrayHP, readArrayTP;  
26.       
27.       
28.     public CircularDoubleBufferedQueue(int capacity)  
29.     {  
30.         if(capacity<=0)  
31.         {  
32.             throw new IllegalArgumentException("Queue initial capacity can't less than 0!");  
33.         }  
34.           
35.         itemsA = (E[])new Object[capacity];  
36.         itemsB = (E[])new Object[capacity];  
37.   
38.         readLock = new ReentrantLock();  
39.         writeLock = new ReentrantLock();  
40.           
41.         notEmpty = readLock.newCondition();  
42.         notFull = writeLock.newCondition();  
43.         awake = writeLock.newCondition();  
44.           
45.         readArray = itemsA;  
46.         writeArray = itemsB;  
47.     }  
48.       
49.     private void insert(E e)  
50.     {  
51.         writeArray[writeArrayTP] = e;  
52.         ++writeArrayTP;  
53.         ++writeCount;  
54.     }  
55.       
56.     private E extract()  
57.     {  
58.         E e = readArray[readArrayHP];  
59.         readArray[readArrayHP] = null;  
60.         ++readArrayHP;  
61.         --readCount;  
62.         return e;  
63.     }  
64.   
65.       
66.     /** 
67.      *switch condition:  
68.      *read queue is empty && write queue is not empty 
69.      *  
70.      *Notice:This function can only be invoked after readLock is  
71.          * grabbed,or may cause dead lock 
72.      * @param timeout 
73.      * @param isInfinite: whether need to wait forever until some other 
74.      * thread awake it 
75.      * @return 
76.      * @throws InterruptedException 
77.      */  
78.     private long queueSwitch(long timeout, boolean isInfinite) throws InterruptedException  
79.     {  
80.         writeLock.lock();  
81.         try  
82.         {  
83.             if (writeCount <= 0)  
84.             {  
85.                 logger.debug("Write Count:" + writeCount + ", Write Queue is empty, do not switch!");  
86.                 try  
87.                 {  
88.                     logger.debug("Queue is empty, need wait....");  
89.                     if(isInfinite && timeout<=0)  
90.                     {  
91.                         awake.await();  
92.                         return -1;  
93.                     }  
94.                     else  
95.                     {  
96.                         return awake.awaitNanos(timeout);  
97.                     }  
98.                 }  
99.                 catch (InterruptedException ie)  
100.                 {  
101.                     awake.signal();  
102.                     throw ie;  
103.                 }  
104.             }  
105.             else  
106.             {  
107.                 E[] tmpArray = readArray;  
108.                 readArray = writeArray;  
109.                 writeArray = tmpArray;  
110.   
111.                 readCount = writeCount;  
112.                 readArrayHP = 0;  
113.                 readArrayTP = writeArrayTP;  
114.   
115.                 writeCount = 0;  
116.                 writeArrayHP = readArrayHP;  
117.                 writeArrayTP = 0;  
118.                   
119.                 notFull.signal();  
120.                 logger.debug("Queue switch successfully!");  
121.                 return -1;  
122.             }  
123.         }  
124.         finally  
125.         {  
126.             writeLock.unlock();  
127.         }  
128.     }  
129.   
130.     public boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException  
131.     {  
132.         if(e == null)  
133.         {  
134.             throw new NullPointerException();  
135.         }  
136.           
137.         long nanoTime = unit.toNanos(timeout);  
138.         writeLock.lockInterruptibly();  
139.         try  
140.         {  
141.             for (;;)  
142.             {  
143.                 if(writeCount < writeArray.length)  
144.                 {  
145.                     insert(e);  
146.                     if (writeCount == 1)  
147.                     {  
148.                         awake.signal();  
149.                     }  
150.                     return true;  
151.                 }  
152.                   
153.                 //Time out  
154.                 if(nanoTime<=0)  
155.                 {  
156.                     logger.debug("offer wait time out!");  
157.                     return false;  
158.                 }  
159.                 //keep waiting  
160.                 try  
161.                 {  
162.                     logger.debug("Queue is full, need wait....");  
163.                     nanoTime = notFull.awaitNanos(nanoTime);  
164.                 }  
165.                 catch(InterruptedException ie)  
166.                 {  
167.                     notFull.signal();  
168.                     throw ie;  
169.                 }  
170.             }  
171.         }  
172.         finally  
173.         {  
174.             writeLock.unlock();  
175.         }  
176.     }  
177.   
178.     public E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException  
179.     {  
180.         long nanoTime = unit.toNanos(timeout);  
181.         readLock.lockInterruptibly();  
182.           
183.         try  
184.         {  
185.             for(;;)  
186.             {  
187.                 if(readCount>0)  
188.                 {  
189.                     return extract();  
190.                 }  
191.                   
192.                 if(nanoTime<=0)  
193.                 {  
194.                     logger.debug("poll time out!");  
195.                     return null;  
196.                 }  
197.                 nanoTime = queueSwitch(nanoTime, false);  
198.             }  
199.         }  
200.         finally  
201.         {  
202.             readLock.unlock();  
203.         }  
204.     }  
205.   
206. }

实现多个读线程，一个写线程，并有一定的实时性和并发性