JUC并发编程学习（十）-阻塞队列、同步队列

BlockingQueue

队列的特点：先进先出

阻塞队列在拥有队列的基本特征的同时，还额外支持两个附加操作。这两个附加的操作支持阻塞的插入和移除方法。

• 阻塞插入
  队列插入元素时，当队列空间已经使用满了，不得不阻塞

• 阻塞移除
  队列中有元素，在取元素时可以移除，队列为空时，阻塞不能取出，等待队列中有新的元素才能取出。

阻塞队列常用于生产者和消费者的场景，生产者是向队列里添加元素的线程，消费者是从队列里取元素的线程。阻塞队列就是生产者用来存放元素、消费者用来获取元素的容器。

接口架构图

可以看出BlockingQueue队列和List、Set接口类似，都是继承的Collection。说明基本集合元素操作方法应该类似。

ArrayBlockingQueue API 的使用

• ArrayBlockingQueue 是一个有限的blocking queue，由数组支持。
• 这个队列排列元素FIFO（先进先出）。
• 队列的头部是队列中最长时间的元素。队列的尾部是队列中最短时间的元素。
• 新元素插入队列的尾部，队列检索操作获取队列头部的元素。
• 这是一个经典的“有界缓冲区”，其中固定大小的数组保存由生产者插入的元素并由消费者提取。
• 队列的固定大小创建后，容量无法更改。

ArrayBlockingQueue 以插入方法、移除方法、检查队首三个方法为单元，形成了四组API，分别是抛出异常组、返回特殊值组、超时退出组、一直阻塞组，如下：

这4组API都有各自的业务场景。

1.抛出异常

package com.jp.studyBlockQueue;

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;

/**
 * @className:
 * @PackageName: com.jp.studyBlockQueue
 * @author: youjp
 * @create: 2020-05-26 18:46
 * @description:    TODO 阻塞队列的学习
 * @Version: 1.0
 */
public class BlockQueueDemo{

    public static void main(String[] args) {

        ArrayBlockingQueue queue=new ArrayBlockingQueue(3); //只能装3只羊
        for (int i = 1; i <= 3; i++) {
            queue.add(""+i+"只小羊");
        }
        
        //检测队首queue.element()
        System.out.println(queue.element());
        queue.remove();
        System.out.println(queue.element());
        queue.remove();
        System.out.println(queue.element());
        queue.remove();

        //已经移除队列内容，检查队首
        System.out.println(queue.element());
    }

}

当队列为空时，此时不可取出元素。此时检查队首抛出了没有元素可以迭代异常。

2.返回特殊值

使用offer替代了之前的add方法，使用poll替代了元素的移除，peek用于检查队首。这些方法都有返回值，这些执行方法是没有异常的。

package com.jp.studyBlockQueue;

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;

/**
 * @className:
 * @PackageName: com.jp.studyBlockQueue
 * @author: youjp
 * @create: 2020-05-26 18:46
 * @description:    TODO 阻塞队列的学习 2：有返回值的方法
 * @Version: 1.0
 */
public class BlockQueueDemo1 {

    public static void main(String[] args) {

        ArrayBlockingQueue queue=new ArrayBlockingQueue(3);
        for (int i = 1; i <= 4; i++) {
            System.out.println( "第"+i+"只小羊入列："+queue.offer(""+i+"只小羊"));
        }


        System.out.println("检测到队列首元素为"+queue.peek());  //检测队首
        System.out.println("出列：第"+queue.poll());   //移除
        System.out.println("检测到队列首元素为"+queue.peek());  //检测队首
        System.out.println("出列：第"+queue.poll());   //移除
        System.out.println("检测到队列首元素为"+queue.peek());  //检测队首
        System.out.println("出列：第"+queue.poll());   //移除


        System.out.println("检测到队列首元素为"+queue.peek());  //检测队首
    }



}

执行结果：

3.超时退出

package com.jp.studyBlockQueue;

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * @className:
 * @PackageName: com.jp.studyBlockQueue
 * @author: youjp
 * @create: 2020-05-27 19:03
 * @description:    TODO  阻塞队列的学习 3：
 * @Version: 1.0
 */
public class BlockQueueDemo2 {

    public static void main(String[] args) {
        ArrayBlockingQueue queue=new ArrayBlockingQueue(3); //只能加3只羊
        for (int i = 1; i <= 3; i++) {
            System.out.println( "第"+i+"只小羊入列："+queue.offer(""+i+"只小羊"));
        }
        //添加第4只羊测试
        try {
            System.out.println("---添加第4只羊测试---");
            System.out.println( "第4只小羊入列："+queue.offer("第4只小羊尝试入列",3,TimeUnit.SECONDS));
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("出列：第"+queue.poll());   //移除
        System.out.println("出列：第"+queue.poll());   //移除
        System.out.println("出列：第"+queue.poll());   //移除
        try {
            System.out.println("设置等待时间，超时就退出.3秒过后结束执行");
            System.out.println("出列：第"+queue.poll(3,TimeUnit.SECONDS));   //移除
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }


    }
}

执行结果

4.一直阻塞

这组方法，会一直阻塞等待着拿出元素。

package com.jp.studyBlockQueue;

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * @className:
 * @PackageName: com.jp.studyBlockQueue
 * @author: youjp
 * @create: 2020-05-27 19:16
 * @description:
 * @Version: 1.0
 */
public class BlockQueueDemo3 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        ArrayBlockingQueue queue=new ArrayBlockingQueue(3); //只能加3只羊
        for (int i = 1; i <= 3; i++) {
            System.out.println("入列"+i+"小羊");
           queue.put(""+i+"只小羊");
        }

        System.out.println("出列：第"+queue.take());
        System.out.println("出列：第"+queue.take());
        System.out.println("出列：第"+queue.take());
        //再次尝试出列
        System.out.println("一直等到----阻塞等待拿出元素");
        System.out.println(queue.take());//阻塞等待拿出元素


    }
}

执行结果：

SynchronousQueue 同步队列

Java6的并发编程包中的SynchronousQueue是一个没有数据缓冲的BlockingQueue，生产者线程对其的插入操作put必须等待消费者的移除操作take，反过来也一样。

不像ArrayBlockingQueue或LinkedListBlockingQueue，SynchronousQueue内部并没有数据缓存空间，你不能调用peek()方法来看队列中是否有数据元素，因为数据元素只有当你试着取走的时候才可能存在，不取走而只想偷窥一下是不行的，当然遍历这个队列的操作也是不允许的。队列头元素是第一个排队要插入数据的线程，而不是要交换的数据。数据是在配对的生产者和消费者线程之间直接传递的，并不会将数据缓冲数据到队列中。可以这样来理解：生产者和消费者互相等待对方，握手，然后一起离开。

​ SynchronousQueue 不存储元素，队列是空的。

​ 每一个 put 操作。必须等待一个take。否则无法继续添加元素！可以将SynchronousQueue理解为只有一个数据大小的ArrayBlockingQueue当中的一直阻塞put和take。

package com.jp.studyBlockQueue;

import java.util.concurrent.SynchronousQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * @className:
 * @PackageName: com.jp.studyBlockQueue
 * @author: youjp
 * @create: 2020-05-27 19:34
 * @description:    TODO 同步队列的学习
 * @Version: 1.0
 */
public class StudySynchronousQueueDemo {

    public static void main(String[] args) {
        SynchronousQueue synchronousQueue=new SynchronousQueue();
		


        //添加元素线程
        new Thread(()->{

            try {
                synchronousQueue.put("1");
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":put 1");

                synchronousQueue.put("2");
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":put 2");

                synchronousQueue.put("3");
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":put 3");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

        },"A").start();

        

        //读取元素线程
        new Thread(()->{

            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+synchronousQueue.take());

                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+synchronousQueue.take());

                TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+synchronousQueue.take());

            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

        },"B").start();


    }
}

执行结果：

SynchronousQueue的一个使用场景是在线程池里。Executors.newCachedThreadPool()就使用了SynchronousQueue，这个线程池根据需要（新任务到来时）创建新的线程，如果有空闲线程则会重复使用，线程空闲了60秒后会被回收。