ConcurrentLinkedQueue<>实现生产者-消费者问题理解和简易demo

1.ConcurrentLinkedQueue<>

ConcurrentLinkedQueue 是 Java 中的一个线程安全的无界队列实现。它基于无锁(lock-free)的算法,采用了一个高效的、非阻塞的、可伸缩并发控制机制。这使得在高并发场景下能够实现较高的吞吐量。

无界性质:ConcurrentLinkedQueue 是无界的,理论上能够存储无限数量的元素(当然,实际上受限于系统内存)。
非阻塞特性:使用非阻塞算法,提供高效的访问性能,它并不使用锁,因而在多线程并发环境下能够提供高性能。区别于ArrayBlockingqueue
线程安全性:支持多线程同时进行元素的插入和删除操作,即便并发访问也能保持数据的一致性。
主要方法:
offer(E e): 将指定元素插入到队列的尾部。
poll(): 获取并移除队列头部的元素,如果队列为空,则返回 null。
peek(): 仅获取队列头部的元素,不移除,如果队列为空,则返回 null。
isEmpty(): 检测队列是否为空。
由于 ConcurrentLinkedQueue 是无界的,它适合在你不需要对队列的大小进行严格控制的场景下使用。

2.生产者-消费者问题

生产者-消费者问题是一个经典的并发控制问题。在这一问题中,存在一组生产者线程和一组消费者线程,生产者生成数据并写入到一个共享的缓冲区(或队列)中,而消费者从该缓冲区中读取和处理数据。

目的:协调生产者和消费者对共享资源(例如缓冲区)的访问,确保数据产生与消费的有效平衡。

关键挑战:

缓冲区管理:需要确保生产者在缓冲区满时等待,消费者在缓冲区空时等待。
互斥和同步:避免生产和消费操作在同一时刻对共享缓冲区造成冲突。
数据完整性:保证数据在并发修改下完整和有效。
解决方案:

使用锁和条件变量(Condition Variables)来管理对缓冲区的访问。
使用信号量(Semaphores)来控制访问和保证互斥。
更简便的是使用 Java 提供的 BlockingQueue,例如 ArrayBlockingQueue 或 LinkedBlockingQueue,这些类提供了内置的阻塞机制,在缓冲区满时生产者阻塞,在缓冲区为零时消费者阻塞,透明地处理同步问题。
通过有效地实现生产者-消费者模式,可以高效地在多线程环境下处理数据,并减少线程间的竞态条件和同步开销。

3.ConcurrentLinkedQueue实现生产者-消费者模式

public class MyQueue {private static ConcurrentLinkedQueue<Integer> myqueue=new ConcurrentLinkedQueue<>();private static final int MAX_SIZE=10;public static void main(String[] args) {//模拟生产者-消费者问题 concurrentlinkedqueue是非阻塞队列Random random=new Random();new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {//生产者线程for(int i=0;i<MAX_SIZE;i++){int item=random.nextInt(100);myqueue.offer(item);System.out.println("生产者线程生产了一个数据:"+item);try {Thread.sleep(200);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}}}).start();new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {while(true){//注意要在循环里面去判断是否为空if(!myqueue.isEmpty()){int item= myqueue.poll();//要确保item不为空System.out.println("消费者线程消费了一个数据"+item);}else{System.out.println("队列为空,持续等待数据");}try {Thread.sleep(700);}catch (InterruptedException e){throw new RuntimeException(e);}}}}).start();}
}

整体demo就是开了两个线程对queue进行操作,queue可以认为是数据共享区,一个线程生产数据,一个线程消费数据,可以在队列为空时候进行其他操作,本demo只是个示例,意指在Java中对如何实现生产者-消费者问题有初步理解可以运用于项目中

与一开始demo相比之下 犯过的错误是消费者线程需要持续消费 所以while循环是必要的,以及生产者休眠时间应该同步for循环内。

以及虽然队列本身是线程安全的,但是涉及生产者-消费者模式的时候,需要一些同步机制来确保消费者在队列为空时候等待,或者频繁检查队列。

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