JAVA - 阻塞队列

一、什么是堵塞队列 

堵塞队列(Blocking Queue)是一种特殊类型的队列,它具有一些特定的行为和限制。在堵塞队列中,当队列为空时,尝试从队列中取出元素的操作将会被阻塞,直到队列中有可用元素;当队列已满时,尝试向队列中添加元素的操作也会被阻塞,直到队列有空闲位置。

堵塞队列常用于多线程编程场景中,用于实现线程间的安全通信和协调。它提供了一种简单而有效的方式来实现线程的等待和唤醒机制,使得线程能够在合适的时机进行阻塞或继续执行。

常见的堵塞队列实现包括:

  • ArrayBlockingQueue:基于数组的有界堵塞队列。
  • LinkedBlockingQueue:基于链表的可选有界(默认无界)堵塞队列。
  • PriorityBlockingQueue:支持优先级排序的堵塞队列。
  • SynchronousQueue:一个不存储元素的特殊堵塞队列,用于实现线程间的直接传输。

使用堵塞队列可以有效地解决线程间的同步和通信问题,简化了多线程编程的复杂性。

 阻塞队列的典型应用场景:生产者消费者模型

生产者消费者模型是一种常见的多线程协调工作的模式:生产者和消费者之间通过阻塞队列进行通讯,生产者生产出数据不用等待消费者来处理,而是会直接放入到阻塞队列中;消费者也不找生产者索要数据,而是直接从阻塞队列中取。

 生产者消费者模型的作用:

  1. 有利于代码“解耦合”
    生产者不用关心消费者的存在,消费者也不需关心生产者的存在,通过阻塞队列可以降低二者的关联关系。
  2.  “削峰填谷”
    阻塞队列相当于一个“缓冲区”,平衡了生产者和消费者的处理能力。

二、 代码实例

 public static void main(String[] args) {BlockingDeque<Integer> blockingDeque = new LinkedBlockingDeque<>();Thread t1 = new Thread(() -> {while (true) {try {Integer take = blockingDeque.take();System.out.println("消费: " + take);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}});t1.start();Thread t2 = new Thread(() -> {int value = 0;while (true) {try {System.out.println("生产: " + value);blockingDeque.put(value);value++;Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}});t2.start();}

结果:

 

三、模拟实现堵塞队列

注意

1.我们刚才实现的puttake方法的几乎每一行代码都涉及到读写操作,所以在多线程环境下,这种非原子操作一定是不安全的,我们需要对这两个方法进行加锁,并用volatile修饰相应的变量,来保证线程安全;

2.我们需要实现两个阻塞功能,可以使用waitnotify来进行线程阻塞和唤醒线程的操作;

3.wait方法是可以被其他方法(比如interrupt方法)提前唤醒的,此时队列还是空或满的状态,那么继续执行代码仍然会出错,所以当线程被提前唤醒时,我们需要再次判断队列是否为空或满的状态,如果是,则继续等待,如果不是,则执行后面的逻辑,因此,使用while循环判断就可以解决上述问题~


public class MyBlockingQueue {private int[] array = new int[100];private volatile int head;//队首元素下标private volatile int tail;//队尾元素下标private volatile int size;//有效元素个数synchronized public void put(int elem) throws InterruptedException {//判断队列是否为满while (size == array.length){this.wait();}//插入元素array[tail] = elem;tail++;//循环队列//队尾元素下标如果超出数组长度,则从头开始存储if(tail == array.length){tail = 0;}size++;this.notify();}synchronized public int take() throws InterruptedException {//判断队列是非为空while (size == 0){this.wait();}//取出元素int value = array[head];head++;//队首元素下标如果超出数组长度,则从头开始if(head == array.length){head = 0;}size--;this.notify();return value;}}

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