【JavaEE】阻塞队列 + 生产者消费者模型

目录

阻塞队列

阻塞队列的使用

生产者消费者模型

模型的两个好处

1. 降低耦合

2. 削峰填谷

简单实现阻塞队列

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阻塞队列

阻塞队列是在一般的队列上升级而来的。

对于队列为空时，如果还想取队列中的元素，此时阻塞队列就会进行阻塞。

对于队列为满时，如果还想往队列中放元素，此时阻塞队列就会进行阻塞。

阻塞队列的使用

阻塞队列的具体使用由这个接口 BlockingQueue<>实现。

可以看到，该接口继承了队列，所以它有队列的所有方法。不过在使用阻塞队列时，我们一般只使用以下两种方法

方法	说明
void put(value)	该方法是往队列里面添加元素，满了就阻塞
Object take()	该方法是取出队列的元素，空了就阻塞

其他的方法没有阻塞功能。 

当我们实例化的时候可以看到，有以下三种实现方式。

 简单使用一下阻塞队列。

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

public class ThreadDemo21 {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        // 这个队列的空间大小设置为 3
        BlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(3);
        blockingQueue.put(1);
        blockingQueue.put(2);
        blockingQueue.put(3);
        // 因为只有一个主线程
        // 当往队列里添加第四个元素时, 这是队列就会进行阻塞
        blockingQueue.put(4);
        
        // 以下代码执行不到了 
        int ret = blockingQueue.take();
        System.out.println(ret);
        ret = blockingQueue.take();
        System.out.println(ret);
        ret = blockingQueue.take();
        System.out.println(ret);
        ret = blockingQueue.take();
        System.out.println(ret);
    }
}

  

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生产者消费者模型

对于上图的模型，就是生产者消费者模型。 

阻塞队列通常被应用到生产者消费者模型当中。阻塞队列充当缓冲区。

// 使用阻塞队列实现生产者消费者模型

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

public class ThreadDemo22 {

    public static void main(String[] args) {
        // 生产者产生的数字都放到阻塞队列中
        // 消费者从阻塞队列中拿到数字
        BlockingQueue blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>(1000);

        // t1线程是生产者
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            int i = 1;
            while (true) {
                try {
                    blockingQueue.put(i);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("生产者: " + i);
                i++;

                // 生产者每隔100ms产生一个数字
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });

        // t2线程是消费者
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            while (true) {
                try {
                    int ret = blockingQueue.take();
                    System.out.println("消费者: " + ret);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });

        t1.start();
        t2.start();

    }

}

 

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模型的两个好处

1. 降低耦合

为引入该模型前，耦合度高。

引入该模型后，耦合性降低。

 

2. 削峰填谷

前段时间鹅鸭杀游戏突然爆火，从日均几万人到四五十万人同时在线。此时大量用户数据就会到这个缓冲区当中，不至于一下子全部发送到服务器当中，导致服务器崩溃。这里的缓冲区就起到了削峰的作用；当用户数量下去之后，服务器就从缓冲区中继续读取数据，不至于在这个时间闲着没事干。

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简单实现阻塞队列

具体代码的解释都卸载注释中了。

// 实现一个阻塞队列
// 不带泛型, 直接使用Integer类型
// 只实现 带有阻塞功能的 put 和 take 方法

class MyBlockQueue {

    private Integer[] arr = new Integer[100];
    private int head = 0;// 指向对头
    private int tail = 0;// 指向队尾
    private int size = 0;// 计数

    public void put(int value) throws InterruptedException {
        // 加锁只是针对当前的对象
        // 如果实例化了其他对象, 并不会相互影响
        synchronized(this) {
            // 这里while相当于多次if
            // 目的是为了判断唤醒之后是否数组是否还是满的, 满了继续阻塞
            // 因为在多线程下, 有可能顺序会发生变化
            while (size == arr.length) {
                this.wait();
            }
            // 没有满, 在tail指向的位置添加元素, 添加完之后tail后移
            arr[tail] = value;
            tail++;
            // tail如果到了末尾, 它就要从头开始
            if (tail >= arr.length) {
                tail = 0;
            }
            //计数器++
            size++;
            // 此时数组中有元素了, 可以唤醒在take方法中因为数组为空而阻塞的原因了
            this.notify();
        }
    }

    // 由于涉及到多线程, 所以要考虑线程安全问题
    // head tail size都是会改变的变量, 所以考虑synchronized来保持其原子性
    public Integer take() throws InterruptedException {

        synchronized(this) {
            // 如果数组为空, 就要阻塞等待
            // 使用while的理由同上
            while (size == 0) {
                this.wait();
            }
            // 有元素, 开始从head指向的弹出
            Integer ret = arr[head];
            head++;
            if (head >= arr.length) {
                head = 0;
            }
            size--;
            // 此时数组中有空的位置了, 可以唤醒在put方法中因为数组满而阻塞的原因了
            this.notify();
            return ret;
        }
    }
}

public class ThreadDemo24 {

    public static void main(String[] args) {
        // 使用生产者消费者模型测试一下实现的阻塞队列
        // t1 线程为生产者
        // t2 线程为消费者

        MyBlockQueue myBlockQueue = new MyBlockQueue();

        Thread t1 = new Thread(()-> {
            int i = 1;
            while (true) {
                try {
                    myBlockQueue.put(i);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("生产者" + i);
                i++;
                // 让生产者每隔 100ms 生产出一个数字
                // 如果消费者没有时间限制, 这样就会出现队列为空而阻塞的情况
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });

        Thread t2 = new Thread(()-> {
            while (true) {
                try {
                    int ret = myBlockQueue.take();
                    System.out.println("消费者" + ret);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        });

        t1.start();
        t2.start();
    }
}

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