阻塞队列.

目录

♫什么是阻塞队列

 ♫什么是生产-消费者模式

♫实现一个阻塞队列

♫BlockingQueue

♫什么是阻塞队列

阻塞队列是一种特殊的队列，它除了具备队列的先进先出的特点外，还具有以下特点：

♩.如果队列为空时，执行出队列操作，会阻塞等待，直到另一个线程往队列里添加元素（队列不为空）

♩.如果队列满了时，执行入队列操作，会阻塞等待，直到另一个线程取出队列里的元素（队列没有满）

阻塞队列常用于实现生产者-消费者模式，通过控制队列的阻塞，使得生产者和消费者的协作更加有效和高效。下面我们先简单认识下生产者-消费者模式~

 ♫什么是生产-消费者模式

生产者消费者模式是一种常见的并发编程模式。该模式主要针对一个共享的缓冲区，多个生产者可以向缓冲区中添加数据，多个消费者可以从缓冲区中获取数据。在该模式中，生产者向缓冲区中添加数据，如果缓冲区已满，则生产者需要等待消费者消费完一部分数据后再向缓冲区添加数据；消费者从缓冲区中获取数据，如果缓冲区为空，则消费者需要等待生产者生产数据后再从缓冲区中获取数据。生产者和消费者之间通过缓冲区进行通信和协调，而缓冲区就可以由阻塞队列构成。

一个典型的生产者-消费者模式的例子是吃酒席的时候：后厨（生产者）端菜到餐桌（阻塞队列）上，宾客（消费者）从餐桌（阻塞队列）上取走事物食用，当餐桌放满了食物，后厨就要等宾客吃完一碟再上，当餐桌上没有食物，宾客就得等后厨上菜后再吃。

使用生产者-消费者模式有以下两点好处：

♩.有效降低生产者和消费者之间的耦合：生产者和消费者之间通过阻塞队列进行交互，彼此之间没有直接关联

♩.平衡生产者和消费者之间的速度差异：由于阻塞队列的特性，平衡了两者的速度差异，保证了系统的稳定性

♫实现一个阻塞队列

我们先通过数组，实现一个普通的循环队列：

public class MyBlockingQueue {private int[] items;private int head;private int tail;private int size;public MyBlockingQueue() {items = new int[1000];head = 0;tail = 0;//队列中元素的有效个数size = 0;}//入队列public void put(int value) {//队列满了if (size == items.length) {return;}//队列没满items[tail] = value;tail = (tail + 1) % items.length;size++;}//出队列public int take() {//队列为空if (size == 0) {return -1;}//队列不为空int value = items[head];head = (head + 1) % items.length;size--;return value;}
}

再对队列填加阻塞功能，并保证线程安全：

public class MyBlockingQueue {private int[] items;private int head;private int tail;private volatile int size;public MyBlockingQueue() {items = new int[1000];head = 0;tail = 0;//队列中元素的有效个数size = 0;}//入队列public void put(int value) throws InterruptedException {synchronized (this) {//队列满了// 此处最好使用 while，否则 notifyAll 的时候, 该线程从 wait 中被唤醒// 但是紧接着并未抢占到锁. 当锁被抢占的时候, 可能又已经队列满了，就只能继续等待while (size == items.length) {wait();}//队列没满items[tail] = value;tail = (tail + 1) % items.length;size++;notifyAll();}}//出队列public int take() throws InterruptedException {int value = 0;synchronized (this) {//队列为空// 此处最好使用 while，否则 notifyAll 的时候, 该线程从 wait 中被唤醒// 但是紧接着并未抢占到锁. 当锁被抢占的时候, 可能又已经队列满了，就只能继续等待while (size == 0) {wait();}//队列不为空value = items[head];head = (head + 1) % items.length;size--;notifyAll();}return value;}
}

♫BlockingQueue

♩.BlockingQueue是concurrent包下的一个接口，是Java标准库中内置的阻塞队列。

♩.BlockingQueue除了保留Queue的offer、poll、peek方法外，还提供了带有阻塞功能的入队列方法：put()和带有阻塞功能的出队列方法：take()。

♩.BlockingQueue的实现类有：

①.LinkedBlockingQueue：基于链表实现的阻塞队列。

②.PriorityBlockingQueue：基于优先级队列（堆）实现的阻塞队列。③.ArrayBlockingQueue：基于数组实现的阻塞队列。

知道了BlockingQueue的基本信息，接下来我们来使用BlockingQueue实现一个生产者-消费者模式：

class Test {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {BlockingQueue<Integer> blockingQueue = new LinkedBlockingQueue<Integer>();Thread customer = new Thread(()->{while (true) {try {int value = blockingQueue.take();System.out.println("消费者：" + value);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}});Thread producer = new Thread(()->{Random random = new Random();while (true) {try {int value = random.nextInt(1000);blockingQueue.put(value);System.out.println("生产者：" + value);Thread.sleep(100);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}});customer.start();producer.start();customer.join();producer.join();}
}

由于在producer线程中sleep(100)，所以producer线程入队列会很慢，producer线程一入队列就被customer线程取出：

注：由于两个线程的输出语句是并行执行，故先打印生产者还是消费者是不确定的