java并发编程工具类JUC之ArrayBlockingQueue

Java BlockingQueue接口java.util.concurrent.BlockingQueue表示一个可以存取元素，并且线程安全的队列。换句话说，当多线程同时从 JavaBlockingQueue中插入元素、获取元素的时候，不会导致任何并发问题（元素被插入多次、处理多次等问题）。

从java BlockingQueue可以引申出一个概念：阻塞队列，是指队列本身可以阻塞线程向队列里面插入元素，或者阻塞线程从队列里面获取元素。比如：当一个线程尝试去从一个空队列里面获取元素的时候，这个线程将被阻塞直到队列内元素数量不再为空。当然，线程是否会被阻塞取决于你调用什么方法从BlockingQueue获取元素，有的方法会阻塞线程，有的方法会抛出异常等等，下文我们会详细介绍。

类ArrayBlockingQueue是BlockingQueue接口的实现类，它是有界的阻塞队列，内部使用数组存储队列元素。这里的“有界”是指存储容量存在上限，不能无限存储元素。在同一时间内存储容量存在着一个上限值，这个上限制在初始实例化的时候指定，之后便不能修改了。

ArrayBlockingQueue内部采用FIFO (First In, First Out)先进先出的方法实现队列数据的存取，队首的元素是在队列中保存时间最长的元素对象，队尾的元素是在队列中保存时间最短的元素对象。

下面的代码说明如何初始化一个ArrayBlockingQueue，并向其中添加一个对象：

BlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue(1024);
queue.put("1");   //向队列中添加元素
Object object = queue.take();   //从队列中取出元素

BlockingQueue可以通过泛型来限定队列中存储数据的类型，下面的代码以String为泛型，表示该队列只能存储String类型。

BlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue(1024);
queue.put("1");
String string = queue.take();

实现一个生产消费的实例

在前面的文章中我们曾经讲过：BlockingQueue经常被用于生产消费的缓冲队列。下面我们就使用ArrayBlockingQueue来真正的实现一个生产消费的例子。

类BlockingQueueExample开启两个独立线程，一个是Producer生产者线程，负责向队列中添加数据；另一个是Consumer消费者线程，负责从队列中取出数据进行处理。

public class BlockingQueueExample {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //使用ArrayBlockingQueue初始化一个BlockingQueue，指定容量的上限为1024
        BlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue(1024);
        
        Producer producer = new Producer(queue);  //生产者
        Consumer consumer = new Consumer(queue);  //消费者

        new Thread(producer).start();  //开启生产者线程
        new Thread(consumer).start();  //开启消费者线程

        Thread.sleep(4000);
    }
}

类Producer为生产者，每隔10秒钟使用put()方法向队列中放入一个对象，放入三次。在这10秒的间隔内，队列数据被消费者取走之后将导致消费者线程阻塞。

public class Producer implements Runnable{

    protected BlockingQueue queue = null;

    public Producer(BlockingQueue queue) {
        this.queue = queue;
    }

    public void run() {
        try {
            queue.put("1");
            Thread.sleep(10000);
            queue.put("2");
            Thread.sleep(10000);
            queue.put("3");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

下面的代码是消费者类Consumer，它从队列中获取待处理的元素对象，并调用System.out将其打印出来。

public class Consumer implements Runnable{

    protected BlockingQueue queue = null;

    public Consumer(BlockingQueue queue) {
        this.queue = queue;
    }

    public void run() {
        try {
            System.out.println(queue.take());
            System.out.println(queue.take());
            System.out.println(queue.take());
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

上面的代码打印结果是每隔10秒打印一次，因为其中take()方法在队列内没有元素可以取到的时候，会阻塞当前的消费者线程，让其处于等待状态，这个方法我们在上一节介绍BlockingQueue的时候就已经进行过说明。

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