Java中的 TransferQueue 接口

在多线程并发编程中，线程之间的数据通信是一个比较常见的问题。Java提供了多种线程间通信的方式，比如共享变量、wait/notify机制、Locks、Condition 等等。其中，TransferQueue接口是一种比较有用的通信方式。

TransferQueue 接口概述

TransferQueue 接口是 BlockingQueue 接口的一个子接口，它继承了 BlockingQueue 接口的所有方法，并增加了两个方法：

public boolean tryTransfer(E e) throws InterruptedException;
public void transfer(E e) throws InterruptedException;

其中，tryTransfer() 方法尝试将元素从生产者线程直接传输到消费者线程，如果当前没有消费者线程可以接收这个元素，则返回 false，否则返回 true。transfer() 方法也是将元素从生产者线程传输到消费者线程，但是如果当前没有消费者线程可以接收这个元素，则阻塞当前生产者线程直到有消费者线程可以接收这个元素。

为什么需要 TransferQueue 接口？

在 Java5 中，Java平台通过引入 BlockingQueue 解决了生产者-消费者的问题。BlockingQueue 拥有丰富的 API，其中包括了 put() 和 take() 操作，以及一些限时操作（offer() 和 poll()）。BlockingQueue允许多个线程在同一时间进行操作。不过，它并不适合于一些情景当中，比如：生产者在等待消费者消费元素的时候，如果生产者已经执行完毕了，那么 BlockingQueue 就没有作用了。所以需要一种针对这种情况的更高级别的 Queue。

这时候 TransferQueue 就派上用场了。TransferQueue 实现了一个比 BlockingQueue 更为高级的包装，专门支持生产者线程和消费者线程之间的直接传输（即 “transfer”）操作，可以使生产者线程无须阻塞等待，从而可以更加优雅地处理任务。生产者在执行 transfer() 方法后，如果当前没有消费者线程接收这个元素，则生产者线程会阻塞等待，直到有消费者线程接收到元素。消费者线程可以执行 take() 或 poll() 方法直接从 TransferQueue 中获取元素，或者执行 tryTransfer() 方法尝试从生产者线程直接获取元素。

TransferQueue 使用示例

下面是一个使用 TransferQueue 的简单示例：

public class TransferQueueExample {
    public static void main(String[] args) {
        final TransferQueue<String> transferQueue = new LinkedTransferQueue<>();

        Runnable producer = () -> {
            try {
                transferQueue.transfer("Hello World");
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
            }
        };

        Runnable consumer = () -> {
            try {
                String value = transferQueue.take();
                System.out.println("Consumer received : " + value);
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
            }
        };

        new Thread(producer).start();
        new Thread(consumer).start();
    }
}

在上面的示例代码中，我们创建了一个 TransferQueue 对象，并分别创建了一个生产者和消费者线程。生产者使用 transfer() 方法将消息传输到队列中，如果当前没有消费者线程可以接收这个消息，则生产者线程阻塞等待。消费者线程使用 take() 方法从队列中获取消息，如果当前队列为空，则消费者线程阻塞等待。这样就实现了生产者和消费者直接的消息传输。当生产者线程执行 transfer() 方法后，控制权立即交回给消费者线程。

TransferQueue 的实现

Java SE 中提供了两个 TransferQueue 的实现：

• LinkedTransferQueue：基于链表的 TransferQueue 实现，是一个无界队列。它没有大小限制，可以不断地向其中添加元素。LinkedTransferQueue 实现了两种模式的数据传输：队列模式和链表模式。

• SynchronousQueue：基于数组的 TransferQueue 实现，是一个有界队列。它的特殊之处在于，它不保存任何元素。当线程尝试将数据放入队列时，它会等待另一个线程来接收这个数据。

总结

TransferQueue 接口是一个比较高级别的 BlockingQueue，它支持生产者线程和消费者线程之间的直接传输操作。TransferQueue 可以更加优雅地处理任务，降低了生产者和消费者之间的耦合度。Java SE 中提供了两种 TransferQueue 的实现：LinkedTransferQueue 和 SynchronousQueue，分别用于无界队列和有界队列。使用 TransferQueue 可以使代码更加灵活，并给其他线程带来更多的可控性，避免因为阻塞操作而造成整个程序的停滞。