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資訊專欄INFORMATION COLUMN

什么是阻塞隊列？如何使用阻塞隊列來實現(xiàn)生產(chǎn)者-消費者模型？

jemygraw / 3528人閱讀

摘要：什么是阻塞隊列阻塞隊列是一個在隊列基礎(chǔ)上又支持了兩個附加操作的隊列。阻塞隊列的應(yīng)用場景阻塞隊列常用于生產(chǎn)者和消費者的場景，生產(chǎn)者是向隊列里添加元素的線程，消費者是從隊列里取元素的線程。由鏈表結(jié)構(gòu)組成的無界阻塞隊列。

什么是阻塞隊列？

阻塞隊列是一個在隊列基礎(chǔ)上又支持了兩個附加操作的隊列。

2個附加操作：

支持阻塞的插入方法：隊列滿時，隊列會阻塞插入元素的線程，直到隊列不滿。

支持阻塞的移除方法：隊列空時，獲取元素的線程會等待隊列變?yōu)榉强铡?/p> 阻塞隊列的應(yīng)用場景

阻塞隊列常用于生產(chǎn)者和消費者的場景，生產(chǎn)者是向隊列里添加元素的線程，消費者是從隊列里取元素的線程。簡而言之，阻塞隊列是生產(chǎn)者用來存放元素、消費者獲取元素的容器。

幾個方法

在阻塞隊列不可用的時候，上述2個附加操作提供了四種處理方法

方法處理方式 拋出異常 返回特殊值 一直阻塞 超時退出
插入方法 add(e) offer(e) put(e) offer(e,time,unit)
移除方法 remove() poll() take() poll(time,unit)
檢查方法 element() peek() 不可用 不可用
JAVA里的阻塞隊列

JDK 7 提供了7個阻塞隊列，如下

1、ArrayBlockingQueue 數(shù)組結(jié)構(gòu)組成的有界阻塞隊列。

此隊列按照先進(jìn)先出（FIFO）的原則對元素進(jìn)行排序，但是默認(rèn)情況下不保證線程公平的訪問隊列，即如果隊列滿了，那么被阻塞在外面的線程對隊列訪問的順序是不能保證線程公平（即先阻塞，先插入）的。

2、LinkedBlockingQueue一個由鏈表結(jié)構(gòu)組成的有界阻塞隊列

此隊列按照先出先進(jìn)的原則對元素進(jìn)行排序

3、PriorityBlockingQueue 支持優(yōu)先級的無界阻塞隊列

4、DelayQueue 支持延時獲取元素的無界阻塞隊列，即可以指定多久才能從隊列中獲取當(dāng)前元素

5、SynchronousQueue不存儲元素的阻塞隊列，每一個put必須等待一個take操作，否則不能繼續(xù)添加元素。并且他支持公平訪問隊列。

6、LinkedTransferQueue由鏈表結(jié)構(gòu)組成的無界阻塞TransferQueue隊列。相對于其他阻塞隊列，多了tryTransfer和transfer方法

transfer方法

如果當(dāng)前有消費者正在等待接收元素（take或者待時間限制的poll方法），transfer可以把生產(chǎn)者傳入的元素立刻傳給消費者。如果沒有消費者等待接收元素，則將元素放在隊列的tail節(jié)點，并等到該元素被消費者消費了才返回。

tryTransfer方法

用來試探生產(chǎn)者傳入的元素能否直接傳給消費者。，如果沒有消費者在等待，則返回false。和上述方法的區(qū)別是該方法無論消費者是否接收，方法立即返回。而transfer方法是必須等到消費者消費了才返回。

7、LinkedBlockingDeque鏈表結(jié)構(gòu)的雙向阻塞隊列，優(yōu)勢在于多線程入隊時，減少一半的競爭。

如何使用阻塞隊列來實現(xiàn)生產(chǎn)者-消費者模型？

通知模式實現(xiàn)：所謂通知模式，就是當(dāng)生產(chǎn)者往滿的隊列里添加元素時會阻塞住生產(chǎn)者，當(dāng)消費者消費了一個隊列中的元素后，會通知生產(chǎn)者當(dāng)前隊列可用。

使用BlockingQueue解決生產(chǎn)者消費者問題

為什么BlockingQueue適合解決生產(chǎn)者消費者問題

任何有效的生產(chǎn)者-消費者問題解決方案都是通過控制生產(chǎn)者put()方法（生產(chǎn)資源）和消費者take()方法（消費資源）的調(diào)用來實現(xiàn)的，一旦你實現(xiàn)了對方法的阻塞控制，那么你將解決該問題。

Java通過BlockingQueue提供了開箱即用的支持來控制這些方法的調(diào)用（一個線程創(chuàng)建資源，另一個消費資源）。java.util.concurrent包下的BlockingQueue接口是一個線程安全的可用于存取對象的隊列。

BlockingQueue是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，支持一個線程往里存資源，另一個線程從里取資源。這正是解決生產(chǎn)者消費者問題所需要的，那么讓我們開始解決該問題吧。

生產(chǎn)者

以下代碼用于生產(chǎn)者線程

package io.ymq.example.thread;

import java.util.concurrent.BlockingQueue;

/**
 * 描述:生產(chǎn)者
 *
 * @author yanpenglei
 * @create 2018-03-14 15:52
 **/
class Producer implements Runnable {

    protected BlockingQueue queue;

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

    public void run() {
        try {
            while (true) {
                Object justProduced = getResource();
                queue.put(justProduced);
                System.out.println("生產(chǎn)者資源隊列大小= " + queue.size());
            }
        } catch (InterruptedException ex) {
            System.out.println("生產(chǎn)者 中斷");
        }
    }

    Object getResource() {
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException ex) {
            System.out.println("生產(chǎn)者 讀 中斷");
        }
        return new Object();
    }
}

消費者


以下代碼用于消費者線程


package io.ymq.example.thread;

import java.util.concurrent.BlockingQueue;

/**
 * 描述: 消費者
 *
 * @author yanpenglei
 * @create 2018-03-14 15:54
 **/
class Consumer implements Runnable {
    protected BlockingQueue queue;

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

    public void run() {
        try {
            while (true) {
                Object obj = queue.take();
                System.out.println("消費者 資源 隊列大小 " + queue.size());
                take(obj);
            }
        } catch (InterruptedException ex) {
            System.out.println("消費者 中斷");
        }
    }

    void take(Object obj) {
        try {
            Thread.sleep(100); // simulate time passing
        } catch (InterruptedException ex) {
            System.out.println("消費者 讀 中斷");
        }
        System.out.println("消費對象 " + obj);
    }
}

測試該解決方案是否運行正常


package io.ymq.example.thread;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;

/**
 * 描述: 測試
 *
 * @author yanpenglei
 * @create 2018-03-14 15:58
 **/
public class ProducerConsumerExample {

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

        int numProducers = 4;
        int numConsumers = 3;

        BlockingQueue myQueue = new LinkedBlockingQueue(5);

        for (int i = 0; i < numProducers; i++) {
            new Thread(new Producer(myQueue)).start();
        }

        for (int i = 0; i < numConsumers; i++) {
            new Thread(new Consumer(myQueue)).start();
        }

        Thread.sleep(1000);

        System.exit(0);
    }
}

運行結(jié)果


生產(chǎn)者資源隊列大小= 1
生產(chǎn)者資源隊列大小= 1
消費者 資源 隊列大小 1
生產(chǎn)者資源隊列大小= 1
消費者 資源 隊列大小 1
消費者 資源 隊列大小 1
生產(chǎn)者資源隊列大小= 1
生產(chǎn)者資源隊列大小= 3
消費對象 java.lang.Object@1e1aa52b
生產(chǎn)者資源隊列大小= 2
生產(chǎn)者資源隊列大小= 5
消費對象 java.lang.Object@6e740a76
消費對象 java.lang.Object@697853f6

......

消費對象 java.lang.Object@41a10cbc
消費對象 java.lang.Object@4963c8d1
消費者 資源 隊列大小 5
生產(chǎn)者資源隊列大小= 5
生產(chǎn)者資源隊列大小= 5
消費者 資源 隊列大小 4
消費對象 java.lang.Object@3e49c35d
消費者 資源 隊列大小 4
生產(chǎn)者資源隊列大小= 5


從輸出結(jié)果中,我們可以發(fā)現(xiàn)隊列大小永遠(yuǎn)不會超過5，消費者線程消費了生產(chǎn)者生產(chǎn)的資源。

Contact


作者：鵬磊


出處：http://www.ymq.io



版權(quán)歸作者所有，轉(zhuǎn)載請注明出處


Wechat：關(guān)注公眾號，搜云庫，專注于開發(fā)技術(shù)的研究與知識分享



           
               
                                           
                       
                 
            
                     
             
               

                   
 文章版權(quán)歸作者所有，未經(jīng)允許請勿轉(zhuǎn)載,若此文章存在違規(guī)行為，您可以聯(lián)系管理員刪除。

                 
                   
轉(zhuǎn)載請注明本文地址：http://systransis.cn/yun/68788.html

               

                      
               
              
              

                
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    支持生產(chǎn)阻塞的線程池
    
                                                     
    摘要：參考類似的思路，最簡單的做法，我們可以直接定義一個，當(dāng)隊列滿時改為調(diào)用來實現(xiàn)生產(chǎn)者的阻塞這樣，我們就無需再關(guān)心和的邏輯，只要把精力集中在生產(chǎn)者和消費者線程的實現(xiàn)邏輯上，只管往線程池提交任務(wù)就行了。

在各種并發(fā)編程模型中，生產(chǎn)者-消費者模式大概是最常用的了。在實際工作中，對于生產(chǎn)消費的速度，通常需要做一下權(quán)衡。通常來說，生產(chǎn)任務(wù)的速度要大于消費的速度。一個細(xì)節(jié)問題是，隊列長度，以及如何匹...
    
                                                   
                          
    
                                
    
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    Java 隊列
    
                                                     
    摘要：隊列中有元素時，就說明有過期了，線程繼續(xù)執(zhí)行，然后元素出隊，根據(jù)相應(yīng)的移除緩存。所以嚴(yán)格來說，雖然實現(xiàn)了隊列接口，但是它的目的卻并不是隊列，而是將生產(chǎn)者消費者線程配對。轉(zhuǎn)移隊列鏈?zhǔn)睫D(zhuǎn)移隊列。

引言
本周在編寫短信驗證碼頻率限制切面的時候，經(jīng)潘老師給的實現(xiàn)思路，使用隊列進(jìn)行實現(xiàn)。
看了看java.util包下的Queue接口，發(fā)現(xiàn)還從來沒用過呢！
Collection集合類接口，由它派生...
    
                                                   
                          
    
                                
    
                                    Pocher
                                    
                                    評論0 
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    java 隊列
    
                                                     
    摘要：是基于鏈接節(jié)點的線程安全的隊列。通過這些高效并且線程安全的隊列類，為我們快速搭建高質(zhì)量的多線程程序帶來極大的便利。隊列內(nèi)部僅允許容納一個元素。該隊列的頭部是延遲期滿后保存時間最長的元素。

隊列簡述
Queue： 基本上，一個隊列就是一個先入先出（FIFO）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Queue接口與List、Set同一級別，都是繼承了Collection接口。LinkedList實現(xiàn)了Deque接 口。...
    
                                                   
                          
    
                                
    
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                                    評論0 
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