queue-strategy-compare

1. 实验目标与工程要点

本实验旨在对比 ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue 以及 SynchronousQueue 在 ThreadPoolExecutor 中的任务排队机制、核心/非核心线程扩容触发顺序以及对线程池并发吞吐量的影响。

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2. 深入原理与生活浅显比喻

2.1 生活浅显比喻：三种不同的“候客等待区”

假设你开了一家餐馆，店里有 1 个正式厨师（核心线程），最多可加到 2 个厨师（最大线程）：

1. ArrayBlockingQueue(2)（固定椅子等待区）：

   • 门前摆放了 2 把固定椅子。
   • 顾客 1 进门厨师 1 直接炒菜；顾客 2、3 进门坐在椅子上等；顾客 4 进门发现椅子满了，店家紧急雇佣厨师 2 炒菜；顾客 5 进门发现厨师全满、椅子也满，拒绝接单！

2. LinkedBlockingQueue（默认无界长龙等待区）：

   • 门前有一条无限延伸的长廊（若未指定 capacity 默认为 Integer.MAX_VALUE）。
   • 只要厨师 1 在忙，来再多顾客都会在长廊里无限排队。店里的厨师 2 永远不会被雇用，且如果顾客太多，长廊会挤爆（OOM 内存溢出）！

3. SynchronousQueue（无椅子直接手递手传递）：

   • 门前 0 把椅子！顾客进门后不允许停留排队。
   • 顾客 1 进门厨师 1 直接炒菜；顾客 2 进门因为没有椅子坐，店家立即使唤厨师 2 炒菜；顾客 3 进门因为 2 个厨师都在忙且无椅子，直接拒绝接单！
   • 特点：响应极快，即来即做，适合短平快的任务处理。

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2.2 三种阻塞队列对比矩阵

阻塞队列类型	内部数据结构	容量特征	扩容触发条件	吞吐性能	运行开销	适用 Android 业务场景
ArrayBlockingQueue	数组 (Array)	有界固定	队列填满后，才开始创建非核心线程扩容	🚀 较高（单锁存取，数组紧凑）	📉 极低（内存预分配固定）	图片解码/日志写入：需要硬性防止内存溢出的场景。
LinkedBlockingQueue	链表 (Node)	可指定容量，默认 Integer.MAX_VALUE（无界）	若未限容量，非核心线程永远不会触发，任务无限堆积	🚀 较高（存取双锁分离 takeLock/putLock）	📊 中等（频繁创建 Node 节点）	后台推送/批量离线上传：允许任务暂存积压的异步队列。
SynchronousQueue	无存储 (Zero-Capacity)	0 容量	任务提交立刻触发非核心线程创建（手递手传递）	⚡ 极高（直接交接，无缓存开销）	📈 较高（频繁创建与销毁线程开销）	网络请求/即时响应任务（如 Executors.newCachedThreadPool()）：要求极低延迟响应。

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3. 常见误配与事故注意事项

1. ⚠️ 使用默认 Executors.newFixedThreadPool(n) 导致 OOM

   • 原因：newFixedThreadPool 默认使用了无界的 LinkedBlockingQueue（容量为 21 亿）。
   • 事故：当后台网络变慢或数据库卡顿时，生产速率远大于消费速率，几十万个任务积压在队列中，直接导致 Android / Java 进程发生 OutOfMemoryError。

2. ⚠️ 使用 SynchronousQueue 配合 maximumPoolSize = Integer.MAX_VALUE 导致 CPU 爆满

   • 原因：Executors.newCachedThreadPool() 使用了 SynchronousQueue。
   • 事故：高并发突发请求下，因为没有队列缓冲，会瞬时创建上千个 OS 线程，导致 CPU 频繁上下文切换以及内存耗尽崩溃。

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4. 实验源码与运行验证

关键源码

• 源码文件：QueueStrategyCompare.java

运行方式

cd labs/java/runtime-concurrency/queue-strategy-compare
javac -d out src/QueueStrategyCompare.java
java -cp out QueueStrategyCompare

预期控制台运行输出

====== 1. ArrayBlockingQueue (有界有上限 capacity=2) ======
[ArrayBlockingQueue] 提交任务 1 成功 | 队列排队数: 0 | 活跃线程数: 1  (核心线程 1 启动)
[ArrayBlockingQueue] 提交任务 2 成功 | 队列排队数: 1 | 活跃线程数: 1  (入队 1/2)
[ArrayBlockingQueue] 提交任务 3 成功 | 队列排队数: 2 | 活跃线程数: 1  (入队 2/2，队列满)
[ArrayBlockingQueue] 提交任务 4 成功 | 队列排队数: 2 | 活跃线程数: 2  (触发创建非核心线程 2)
[ArrayBlockingQueue] 提交任务 5 失败 | 队列与线程池已满被拒绝            (4 个空间全满，任务 5 被拒绝)

====== 3. SynchronousQueue (零容量直接手递手传递) ======
[SynchronousQueue] 提交任务 1 成功 | 队列排队数: 0 | 活跃线程数: 1   (核心线程 1 启动)
[SynchronousQueue] 提交任务 2 成功 | 队列排队数: 0 | 活跃线程数: 2   (无法入队，直接创建非核心线程 2)
[SynchronousQueue] 提交任务 3 失败 | 队列与线程池已满被拒绝             (2 个线程全繁忙，无队列可入，任务 3 被拒绝)
[SynchronousQueue] 提交任务 4 失败 | 队列与线程池已满被拒绝
[SynchronousQueue] 提交任务 5 失败 | 队列与线程池已满被拒绝

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5. 对应知识库文档

• 理论主文档：Java 并发模型总览