JavaEE----多线程(四)----阻塞队列的介绍和初步实现

文章目录

  • 1.阻塞队列
    • 1.1作用一:解耦合
    • 1.2作用二:削峰填谷
    • 1.3系统里面的阻塞队列的使用
    • 1.4实现普通队列
    • 1.5在普通队列的基础上面实现阻塞队列
    • 1.6设计优化
    • 1.7实现初步的生产者消费者模型

1.阻塞队列

阻塞队列的最大意义:就是实现==“生产者消费者模型”==-----一个常见的多线程代码编写方式

第一个主要的特点就是:解耦合(减少模块之间的影响程度);

1.1作用一:解耦合

对于下面的这个服务器端和客户端之间进行交互的时候,我们原本的这个服务器只有这个B(没有和客户端直接进行交互的),我们的服务器A是直接和我们的用户进行交互的,我们的服务器A收到的这个消息就会发送给我们的服务器B,当我们的这个服务器B扛不动的时候,就会多出一个服务器C进行这个分担;

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该模式下面存在的两个问题:

1.如果我们的这个服务器B出现了问题,这个时候服务器A可能会受到影响,因为两者之间是进行信息的发送和响应的,因此两个之间可能会受到彼此的影响;

对于上面的这个存在的问题,我们的解决方式就是创建阻塞队列,我们的这个服务器A接收到的这个客户端的访问数据就会被我们的这个服务器A直接存放到这个阻塞队列里面去,而不会直接和我们的这个服务器BC进行交互,我们的服务器BC从这个阻塞队列里面进行数据的读取,这样的话就不会直接和我们的BC服务器进行交互,减少这个耦合度;

1.2作用二:削峰填谷

下面的这个就是我们的客户端和服务器端之间的交互的情况,我们的这个服务器A接受多少的这个用户的访问量,就会发送给这个BC,但是如果这个BC的性能之类的没有这么强,这个时候可能就会出现服务器的崩溃的问题

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对于上面的这个现象,我们的解决方案也是下面的这个阻塞队列,因为这个阻塞队列相当于就是一个缓冲的平台,我们的这个消息量不可能一直很大,

削峰---------当我们的这个消息量很大的时候,这个时候就是峰,我们的这个阻塞队列削峰就是体现在让这个数据量存下来,以这个服务器BC可以接受的方式进行获取;

填谷---------当我们的这个请求量不是很大的时候,我们的这个阻塞队列里面的这个内容就会持续的进行输出,让我们的这个服务器BC进行处理,这样就不至于我们的这个服务器BC忙的时候特别忙,请求量不大的时候特别悠闲,这个就是削峰填谷的效果的体现;

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1.3系统里面的阻塞队列的使用

下面的这个我们是使用到了这个阻塞队列里面的这个put和take方法去进行这个队列里面的元素的进入和数据的出队列,但是我们的这个入队列的时候只进去3个数据,但是我们出队列的时候调用了4次这个take方法;

这个时候我们运行程序,就会发现这个前面的三次取出来数据的时候,是没有问题的,但是轮到这个第四次的时候,因为这个队列这个时候里面已经没有数据了,这个时候就会发生这个阻塞的现象;

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1.4实现普通队列

我们想要实现的就是下面的这个类似的环形队列,在这个队列里面为了计数(判断这个队列是满的还是空的),我们使用一个空间进行统计数量(因为如果不这样做的话,无论是满的还是空的,这个时候我们的这个tail都是和这个head指向相同的位置的)

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下面的是整体架构:

我们首先对于这个过程中会使用到的变量进行定义,例如下面的这个head和tail分别用来表示我们的这个环形数组的第一个元素和最后的一个元素,size表示这个队列里面当前是有多少个元素

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分别实现两个方法:

put是向这个队列里面去放入数据,我们首先需要判断这个队列是不是满的,如果是满的这个时候直接返回即可,因为这个时候我们是不可以往这个队列里面去插入元素的;

如果没有满,因为我们的这个tail就是最后一个元素的下一个位置,这个时候我们直接把这个tail位置放进去一个元素即可;

take是从这个队列里面拿数据,就是队列里面的数据出队列的过程,首先判断size==0就是这个队列里面是不是有数据,如果这个时候是有数据的,我们的这个取出来的数据就是队头的数据,因此我们使用这个ret变量把这个head指向的这个第一个队列元素记录下来,然后把这个ret作为我们的返回值,然后把这个head++,接着把这个size–即可,无论是上面的put还是下面的这个take,我们最后是一定需要对于这个size进行更新的;

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1.5在普通队列的基础上面实现阻塞队列

首先出于对这个线程安全的考虑,我们使用这个synchronized关键字进行修饰,这样可以避免一个线程进行操作的时候另外一个线程的介入;

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实现阻塞:使用wait和notify方法:

下面的这个代码里面,我们加入了这个wait和notify,分别表示的就是线程的阻塞和这个线程的等待;

下面的是两个方法里面的这个wait和notify方法的使用,其实这个是彼此相互作用的 ;

我们的这个put是添加数据的,当我们的这个size==data.length的时候,我们就不可以继续添加数据了,这个时候使用这个wait进行阻塞,但是什么时候唤醒呢?就是我们的这个take方法里面的这个size–之后,这个时候我们的这个队列里面多出来空余的位置,这个时候我们就可以唤醒这个等待,向这个队列继续添加元素;

同理,我们的这个队列本来就是空的时候,我们的这个take方法里面需要进行这个wait操作,这个时候也是被阻塞,当我们的这个put里面的这个size++之后,就是这个队列里面有了新的元素,这个时候我们在唤醒这个阻塞的队列,进行这个take的相关的实现;

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1.6设计优化

但是这个依然是存在问题的,就是例如我们的这个put方法里面,是进行这个数据的放入的,但是如果我们的这个线程除了被这个notify唤醒,其实是存在被这个interrupt中断的,就是这个wait阻塞的时候因为这个interrupt而被停止这个休眠的过程,这个时候其实是可以使用我们的throws出来的异常处理的;

但是这个时候,如果因为异常被终止,这个时候我们的这个队列还是满的,我们的这个时候使用这个data[tail]=elem方法其实不可以,因为我们的这个队列还是满的,只不过这个interrupt把这个过程结束了;

因此我们进行下面的这个优化,就是wait停止之后再次判断这个队列是不是满的,为了高效,我们使用这个while就可以满足这样的需求:

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1.7实现初步的生产者消费者模型

下面的这个就是在主方法里面进行操作,我们上面的都是在这个自定义的这个类里面进行操作的;

现在我们在这个主方法里面是创建了两个线程,生产者是创建一次这个元素就会进行休眠,我们的这个消费者不会进行休眠,因此这时候就是我们的生产者生产一个,我们的消费者就消费一个;(下面的这个代码里面应该是Thread.sleep而不是这个下面写的t1)

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下面的这个就是执行的情况:

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下面,我们让这个生产者不休眠,让这个消费者休眠:

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这个时候的情况就是我们的这个生产者会生产出来大量的数据,但是我们的这个消费者进行处理的时候会休眠,因此刚开始会产生大量的数据,但是后来就不会产生很多了;

我们可以看到,刚开始会生产1000数据,但是我们处理很慢,因此1000之后我们的这个生产速率就会放慢的,基本上就是一次1~2个的样子;

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除此之外,为了防止这个线程的交叉执行,我们可以给这个变量加上这个volatile关键字:

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