【多线程】阻塞队列 | put()方法 | take()方法 | 生产者-消费者模式 |实现阻塞队列

文章目录

- 阻塞队列
- - 1.生产者-消费者模式
  - - 生产者消费者模型的意义：
    - - 1.解耦合
      - 2.削峰填谷：
  - 2.阻塞队列的使用
  - - - BlockingQueue
  - 3.实现阻塞队列
  - - - 唤醒：
      - 使用阻塞队列实现生产者消费者模型

阻塞队列

阻塞队列是一种特殊的队列：

1.是线程安全的。
2.带有阻塞特性

如果队列为空，继续出队列，就会发生阻塞。直到其他线程往队列中添加队列为止

如果队列为满，继续入队列，也会发生阻塞，直到其他线程从队列中取走元素为止

阻塞队列可以来实现生产者-消费者模型。

1.生产者-消费者模式

生产者：把生产出来的内容，放到阻塞队列中。

消费者：从阻塞队列中获取内容。

生产者消费者模型的意义：

1.解耦合

两个模块联系越紧密，耦合就越高。对于分布式系统来说，更加有意义。

在这里插入图片描述

可以使用生产者-消费者模型，实现解耦合的效果。

在这里插入图片描述

2.削峰填谷：

峰：短时间内，请求量比较多时。

谷：请求量比较少时。

在这里插入图片描述

在这种情况下：高峰时段，一旦客户端发起的请求量非常多时，每个A收到的请求，都会立即发给B。此时，A和B的访问量是相同的。但是在实际上，由于不同的服务器，上面跑的业务不同。虽然访问量一样，单个访问，消耗的硬件资源是不一样的。可能服务器A可以承担这些并发量，但是服务器B承担不了，就会挂掉。

在引入了生产者-消费者模型之后，就会解决这类问题。

在这里插入图片描述

当服务器A收到了大量请求之后，A会把对应的请求写入到队列中。B仍然按照之前的节奏来处理请求。（削峰）
一般情况下，峰值不会持续存在，峰值过后，A的请求量就会恢复正常、甚至减低。服务器B就可以在此时，逐渐把积压的请求给处理掉。（填谷）。

2.阻塞队列的使用

BlockingQueue

在这里插入图片描述

BlockingQueue是一个具体的接口，所以需要new一个具体的实现。
同时BlockingQueue继承自Queue。也可以使用Queue的方法（没有阻塞属性）

1.基于数组实现

2.基于链表实现
BlockingQueue带有阻塞的方法：

put:阻塞式入队列

take:阻塞式出队列

没有提供阻塞式获取队首元素的方法。

    public static void main(String[] args) {// BlockingQueue<String> queue = new ArrayBlockingQueue<>();BlockingQueue<String>queue = new LinkedBlockingQueue<>();queue.put("111");queue.put("222");queue.put("333");queue.put("444");String elem = queue.take();System.out.println(elem);elem = queue.take();System.out.println(elem);elem = queue.take();System.out.println(elem);elem = queue.take();System.out.println(elem);}

3.实现阻塞队列

给一个普通的队列加上线性安全和阻塞

对入队和出队的方法进行加锁。对数据的修改实现原子性操作，保证线程安全

put入队的时候，如果队列满了，就进行阻塞（wait）

在出队的时候，当size–后，队列中有位置了，调用notify（）方法，对阻塞的put方法进行唤醒。

同样的，如果take出队列时，队列为空的话，也需要进行阻塞。

在入队时，当size++后，队列不为空了，调用notify（）方法，对阻塞的take方法进行唤醒。

在这里插入图片描述

一个队列的阻塞情况，要么为空、要么为满。

put和take只有一边能阻塞。如果put阻塞了，其他线程继续调用put，也会进行阻塞。只有靠take来唤醒。

take阻塞，其他线程继续调用take也会进行阻塞，只能靠put来唤醒。

唤醒：

wait方法除了使用notify()方法进行唤醒，还可以通过interrupt（）方法，来中断wait的状态。

使用interrupt方法唤醒的时候，会出现InterruptedException异常

public void put(String elem) throws InterruptedException {}

因为是throws抛出的异常，执行到interrupt（）方法后，整个方法就会结束。

    public void put(String elem) {synchronized (this) {if (size == data.length) {try {this.wait();}catch (InterruptedException e){ }}data[tail] = elem;tail++;if (tail == data.length) {tail = 0;}size++;this.notify();}

如果是try-catch来处理异常。如果出现异常，程序仍会继续执行下去。在满队列的情况下。强行修改，会覆盖掉tail的值，并且size会超出数组长度。

使用wait时，要考虑wait是notify唤醒的，还是通过Interrupt唤醒的。在wait返回时，还要进行判断wait执行的条件符不符合。可以直接将wait写在while循环中。循环的条件就是wait执行的条件。使wait在唤醒之后，再确定一下，条件是否满足。

            while (size == data.length) {//队列满了,就会进行堵塞this.wait();}

最终再通过volatile修饰要频繁修改的变量，避免出现内存可见性问题。

class MyBlockingQueue {private String[] data = new String[1000];private  volatile int head = 0;//队列起始位置private volatile int tail = 0;//队列结束位置的下一个元素。private volatile int size = 0;//队列中有效元素个数//入队public void put(String elem) throws InterruptedException {synchronized (this) {while (size == data.length) {//队列满了,就会进行堵塞this.wait();}//队列没满，向队列添加元素data[tail] = elem;tail++;if (tail == data.length) {//满了之后，环形队列要回到开头。tail = 0;}size++;this.notify();//唤醒take中的wait}}//出队public String take() throws InterruptedException {synchronized (this) {while (size == 0) {//队列为空时this.wait();}//队列不空时，把队首head位置删除String ret = data[head];head++;if (head == data.length) {head = 0;}size--;this.notify();//唤醒put中的wait.return ret;}}
}

使用阻塞队列实现生产者消费者模型

    public static void main(String[] args) {MyBlockingQueue queue = new MyBlockingQueue();//消费者Thread t1 = new Thread(() -> {while (true){try {String res =  queue.take();System.out.println("消费元素： "+res);Thread.sleep(500);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}});//生产者Thread t2 = new Thread(() -> {int num = 1;while (true){try {queue.put(num+" ");System.out.println("生产元素："+num);num++;} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}});t1.start();t2.start();}生产元素：1001
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