Java Blocking Queue

이번 시간에는 Java Blocking Queue에 대해 알아보도록 하겠습니다.

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Blocing Queue는 큐가 꽉 찼을 때의 삽입 시도 or 큐가 비어 있을 때의 추출 시도를 차단하는 큐입니다.

종류

• ArrayBlockingQueue
• LinkedBlockingQueue
• PriorityBlockingQueue
• DelayQueue
• SynchronousQueue

큐의 크기 : ArrayBlockingQueue만 필수로 지정해야하며, 다른 큐의 경우 생략 시 Integer.MAX_VALUE로 자동 지정됩니다.

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Blocking Queue 메소드

삽입, 제거 메소드는 기능에 따라 다음과 같습니다.

1. 삽입 메소드

• add(e) : 큐에 요소 추가 (예외 O)
  Exception : IllegalStateException
• offer(e) : 큐에 요소 추가 (예외 X)
  Return : 성공 시 true, 실패 시 false를 return
• put(e) : 여유 공간이 생길 때까지 대기 후 요소 추가
• offer(e, timeout, unit) : 지정 시간 대기 후 요소 추가
  (e:추가할 요소 / timeout:큐 내에서 대기할 시간 / unit:시간 초과 매개 변수 시간 단위) ex) queue.offer(객체, 5000, TimeUnit.MILLISECONDS);

2. 제거 메소드

• remove() : 큐의 요소 제거 (예외 O)
  Exception : NoSuchElementException
• poll() : 큐의 요소 제거 (예외 X)
• Return : 큐가 비어 있으면 null을 return
• take() : 큐가 생길 때까지 대기 후 요소 제거
• poll(timeout, unit) : 지정 시간 대기 후 요소 제거
  (timeout:큐 내에서 대기할 시간 / unit:시간 초과 매개 변수 시간 단위)

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1. ArrayBlockingQueue

고정 array를 기반으로 하며, 생성 후 크기 변경 불가합니다.

생성 방법은 다음과 같습니다.
BlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue(capacity, fair);
- parameters
capacity : 큐의 크기
fair : true일 경우 차단된 스레드에 대한 큐가 FIFO 순서로 처리. false이면 순서가 지정되지 않음

2. LinkedBlockingQueue

Linked list를 기반으로 하며, array 기반 큐보다 시간당 처리량(throughput)이 많습니다.

생성 방법은 다음과 같습니다.
BlockingQueue queue = new LinkedBlockingQueue (capacity);
- parameter
capacity : 큐의 크기. 생략할 경우 Integer.MAX_VALUE로 자동 지정.

3. PriorityBlockingQueue

PriorityBlockingQueue는 힙(이진 트리 구조) 정렬 방식을 지닙니다. 높은 우선순위의 요소를 먼저 꺼내서 처리하는 구조이며, 자원 고갈시 OutOfMemoryError 발생으로 인해 삽입이 실패할 수 있습니다.

생성 방법은 다음과 같습니다.
BlockingQueue priorityBlockingQueue = new PriorityBlockingQueue<>();

priorityBlockingQueue는 기본적으로 같은 우선순위를 가지는 요소에 대해서는 순서를 보장하지 않습니다.
만약 순서를 정하고 싶은 경우 Comparable Interface를 implements하는 Class를 생성한 후, compareTo() 오버라이드 메소드를 통해 사용자 지정이 가능합니다.

ex) BlockingQueue<prio> priorityBlockingQueue = new PriorityBlockingQueue<>();
      prio.add(new prio(…););
      class prio implements Comparable<prio>{
      	@Override
		public int compareTo(prio o) { 사용자 지정 }
      }

4. DelayQueue

큐가 대기하는 시간을 지정하여 처리합니다. 대기가 끝난 요소만 제거 가능하며, 큐의 head는 대기가 가장 오래 지난 요소입니다.

생성 방법은 다음과 같습니다.
BlockingQueue queue = new DelayQueue<>();
- 이때, 요소로는 Delayed 인터페이스의 구현체만 들어갈 수 있습니다.

Delayed 인터페이스
- compareTo() 오버라이드 메소드 : 대기 시간을 비교해 큐에 추가
- getDelay() 오버라이드 메소드 : 해당 요소가 대기 열에서 제거될 수 있는지 확인. 반환 값이 0 이하일 경우 대기 열에서 제거 가능

5. SynchronousQueue

삽입 메소드를 호출하면 다른 스레드에서 제거 메소드가 호출 될 때까지 대기하는 큐입니다.따라서 서로 대칭되는 큐가 없으면 대기합니다.
이 큐에는 저장되는 데이터가 없어 내부 용량을 지니지 않고, 스레드가 없으면 제거에 사용할 수 없는 요소가 없습니다.

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Blocking Queue 정리