线程小酌之JAVA中的阻塞队列

Posted 2022-12-13 tanyunlong_nice

       最近在学习java中自带的JDK并发包，java.util.concurrent，发现功能很强大，其中之一就是工作中多次用到的线程工具类BlockingQueue。在实际开发工作和面试过程中，经常会考察对于该工具类的使用和理解。

1. 什么是阻塞队列？

阻塞队列（BlockingQueue）是一个支持两个附加操作的队列。这两个附加的操作是：在队列为空时，获取元素的线程会等待队列变为非空。当队列满时，存储元素的线程会等待队列可用。阻塞队列常用于生产者和消费者的场景，生产者是往队列里添加元素的线程，消费者是从队列里拿元素的线程。阻塞队列就是生产者存放元素的容器，而消费者也只从容器里拿元素。

2.详解BlockingQueue

BlockingQueue最终会有四种状况，抛出异常、返回特殊值、阻塞、超时，下表总结了这些方法：

	抛出异常	特殊值	阻塞	超时
插入	add(e)	offer(e)	put(e)	offer(e, time, unit)
移除	remove()	poll()	take()	poll(time, unit)
检查	element()	peek()	不可用	不可用

       BlockingQueue是个接口，有如下实现类：

       1. ArrayBlockQueue：一个由数组支持的有界阻塞队列。此队列按 FIFO（先进先出）原则对元素进行排序。创建其对象必须明确大小，像数组一样。

       2. LinkedBlockQueue：一个可改变大小的阻塞队列。此队列按 FIFO（先进先出）原则对元素进行排序。创建其对象如果没有明确大小，默认值是Integer.MAX_VALUE。链接队列的吞吐量通常要高于基于数组的队列，但是在大多数并发应用程序中，其可预知的性能要低。 

       3. PriorityBlockingQueue：类似于LinkedBlockingQueue，但其所含对象的排序不是FIFO，而是依据对象的自然排序顺序或者是构造函数所带的Comparator决定的顺序。

       4. SynchronousQueue：同步队列。同步队列没有任何容量，每个插入必须等待另一个线程移除，反之亦然。

由于LinkedBlockingQueue实现是线程安全的，实现了先进先出等特性，是作为生产者消费者的首选，LinkedBlockingQueue 可以指定容量，也可以不指定，不指定的话，默认最大是Integer.MAX_VALUE，其中主要用到put和take方法，put方法在队列满的时候会阻塞直到有队列成员被消费，take方法在队列空的时候会阻塞，直到有队列成员被放进来。

package cn.thread;

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;

/**
 * 多线程模拟实现生产者／消费者模型
 *  
 */
public class BlockingQueueTest2 
    /**
     * 
     * 定义装苹果的篮子
     * 
     */
    public class Basket 
        // 篮子，能够容纳3个苹果
        BlockingQueue<String> basket = new LinkedBlockingQueue<String>(3);

        // 生产苹果，放入篮子
        public void produce() throws InterruptedException 
            // put方法放入一个苹果，若basket满了，等到basket有位置
            basket.put("An apple");
        

        // 消费苹果，从篮子中取走
        public String consume() throws InterruptedException 
            // take方法取出一个苹果，若basket为空，等到basket有苹果为止(获取并移除此队列的头部)
            return basket.take();
        
    

    // 定义苹果生产者
    class Producer implements Runnable 
        private String instance;
        private Basket basket;

        public Producer(String instance, Basket basket) 
            this.instance = instance;
            this.basket = basket;
        

        public void run() 
            try 
                while (true) 
                    // 生产苹果
                    System.out.println("生产者准备生产苹果：" + instance);
                    basket.produce();
                    System.out.println("!生产者生产苹果完毕：" + instance);
                    // 休眠300ms
                    Thread.sleep(300);
                
             catch (InterruptedException ex) 
                System.out.println("Producer Interrupted");
            
        
    

    // 定义苹果消费者
    class Consumer implements Runnable 
        private String instance;
        private Basket basket;

        public Consumer(String instance, Basket basket) 
            this.instance = instance;
            this.basket = basket;
        

        public void run() 
            try 
                while (true) 
                    // 消费苹果
                    System.out.println("消费者准备消费苹果：" + instance);
                    System.out.println(basket.consume());
                    System.out.println("!消费者消费苹果完毕：" + instance);
                    // 休眠1000ms
                    Thread.sleep(1000);
                
             catch (InterruptedException ex) 
                System.out.println("Consumer Interrupted");
            
        
    

    public static void main(String[] args) 
        BlockingQueueTest2 test = new BlockingQueueTest2();

        // 建立一个装苹果的篮子
        Basket basket = test.new Basket();

        ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
        Producer producer = test.new Producer("生产者001", basket);
        Producer producer2 = test.new Producer("生产者002", basket);
        Consumer consumer = test.new Consumer("消费者001", basket);
        service.submit(producer);
        service.submit(producer2);
        service.submit(consumer);
        // 程序运行5s后，所有任务停止
//        try 
//            Thread.sleep(1000 * 5);
//         catch (InterruptedException e) 
//            e.printStackTrace();
//        
//        service.shutdownNow();