【JAVA】多线程案例之阻塞队列---》生产者消费者模型

1.阻塞队列

2.生产者消费者模型

3.标准库阻塞队列

4.自定义阻塞队列的实现

5.阻塞队列实现生产者消费者模型

1.阻塞队列是什么东西？

阻塞就是要等待，

1）当你饿了，下一步是吃饭，但是，你妈妈没做饭，所以你就阻塞等待，等到你妈妈做好饭，你再开始吃饭

2）阻塞队列的底层是一个循环队列，但是要加上阻塞的等待的性质

你要往队列中放元素，如果此时队列中的元素满了，插入元素的这个动作就会停下来等，而不是结束，等到这个满的队列中有元素出队列了，这时你上一步插入元素的动作就会接着往下执行~

反过来也一样，假如队列的元素空了，你准备从这个空队列里取元素，但是没元素给你取你就要停下来等到这个队列被插入元素后，你取元素这个动作才会继续，整个取元素的过程下来不会结束而是在等待

这个就是阻塞队列的原理~

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2.生产者消费者模型？

供不应求，供过于求~ ----》 这是生产和消费的关系~

加上阻塞队列的场景就比如包饺子：你爸爸负责擀饺子皮，你和你妈妈负责包饺子（爸爸是生产者，你跟妈妈是消费者），如果你爸爸的速度很快，你跟妈妈才包好10个饺子，爸爸就已经擀好了100张饺子皮，此时你爸爸可以停下来玩会手机休息~反过来，你跟你妈妈包饺子的速度大于爸爸擀饺子皮的速度的话，你跟你妈妈可以停下来等爸爸擀多些饺子皮，你们娘俩再开始包饺子

以上就是生产者消费者模型的简单白话

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3.标准库里的阻塞队列？

标准库里面有自带的阻塞队列

在普通队列里，我们主要的操控队列的方法有1.出队列 2.入队列 3.获取队首元素

但是阻塞队列中只有前两个方法，没有获取队首元素的方法

public class MyBlockingQueue2 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        //标准库阻塞队列
        BlockingQueue blockingQueue = new LinkedBlockingQueue(100);//参数代表队列长度
        
        //入队列
        //blockingQueue.offer(1)//没有阻塞功能
        
        blockingQueue.put(1);
        blockingQueue.put(2);
        blockingQueue.put(3);
        
        //出队列
        int n1 = blockingQueue.take();
        System.out.println(n1);
        int n2 = blockingQueue.take();
        System.out.println(n2);
        int n3 = blockingQueue.take();
        System.out.println(n3);
    }
}

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4.自定义阻塞队列

实现一个阻塞队列：

        1.实现一个普通循环队列

        2.解决线程安全问题

        3.实现队列的阻塞功能

        4.队列细节问题的解决

 

//阻塞队列的模拟实现

    //1.先写一个普通的循环队列
    //2.解决线程安全问题
    //3.阻塞实现-》1）队列空，出队列阻塞 2）队列满，插入阻塞 -》队列不会出现又满又空的情况
    //小问题：wait可能会被提前唤醒，或者线程之间出现锁竞争导致线程不安全 -》把判断if改成while
class MyBlockingQueue{
    public int[] items = new int[100];
    public volatile int head = 0;
    public volatile int tail = 0;
    public volatile int size = 0;

    //入队列
    public void put(int val) throws InterruptedException {
        synchronized (this){
            //先判满
            while (size >= items.length){
                //此时队列为满，不能再插入元素，要阻塞等待
                this.wait();
            }
            items[tail] = val;
            tail++;
            //入满了
            if(tail >= items.length){
                tail = 0;
            }
            size++;
            this.notify();//这里是唤醒队列为空时的wait，到这里队列已经有元素了
        }
    }

    //出队列
    public Integer take() throws InterruptedException {//把返回值改成Integer可以返回null
        synchronized (this){
            //判空
            while (size == 0){//用while防止wait被提前唤醒，wait会被interrupt唤醒
                //此时队列为空，要阻塞等待，等待到队列加入一个元素
                this.wait();
            }
            int ret = items[head];
            head++;
            if(head >= items.length){
                head = 0;
            }
            size--;
            this.notify();//这里唤醒队列满时的wait
            return ret;
        }
    }

}

1.循环队列---》计数器或者浪费一个空间来实现

2.线程安全---》用synchronized给put和take加锁

3.阻塞实现---》用wait和notify来实现阻塞

4.细节问题----》wait可以被interrupt唤醒/如果在队列为空的情况下，线程1要take，线程2put，线程3take，并且线程1在wait状态，那么当线程2调用notify后，线程1会和线程3产生锁竞争，如果线程3获取锁，并take走了线程2插入的元素，那么线程1会报错

所以把判满和判空的条件改成了while，是为了避免以上情况，如果wait被提前唤醒，那么在判断一遍，不满足条件就继续wait；如果出现了锁竞争，也可以继续wait，避免出现错误

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5.生产者消费者模型代码举例

public static void main(String[] args) {

        //生产者消费者模型

        MyBlockingQueue myBlockingQueue = new MyBlockingQueue();

        Thread producer = new Thread(() -> {
            int n = 1;
            while (true){
                try {
                    myBlockingQueue.put(n);
                    System.out.println("生产元素" + n);
                    n++;
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
                try {
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }

        });

        Thread customer = new Thread(() -> {
            while (true){
                try {
                    int n =myBlockingQueue.take();
                    System.out.println("消费元素" + n);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        });

        producer.start();
        customer.start();
    }