Java中阻塞隊列怎么使用

這篇“Java中阻塞隊列怎么使用”文章的知識點大部分人都不太理解，所以小編給大家總結了以下內容，內容詳細，步驟清晰，具有一定的借鑒價值，希望大家閱讀完這篇文章能有所收獲，下面我們一起來看看這篇“Java中阻塞隊列怎么使用”文章吧。

1. 什么是阻塞隊列

阻塞隊列是一種特殊的隊列，和數(shù)據(jù)結構中普通的隊列一樣，也遵守先進先出的原則同時，阻塞隊列是一種能保證線程安全的數(shù)據(jù)結構，并且具有以下兩種特性：當隊列滿的時候，繼續(xù)向隊列中插入元素就會讓隊列阻塞，直到有其他線程從隊列中取走元素；當隊列為空的時候，繼續(xù)出隊列也會讓隊列阻塞，直到有其他線程往隊列中插入元素

補充：線程阻塞的意思指代碼此時不會被執(zhí)行，即操作系統(tǒng)在此時不會把這個線程調度到CPU上去執(zhí)行了

2. 阻塞隊列的代碼使用

import java.util.concurrent.LinkedBlockingDeque;
import java.util.concurrent.BlockingDeque;
public class Test {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //不能直接newBlockingDeque，因為它是一個接口，要向上轉型
        //LinkedBlockingDeque內部是基于鏈表方式來實現(xiàn)的
        BlockingDeque<String> queue=new LinkedBlockingDeque<>(10);//此處可以指定一個具體的數(shù)字，這里的的10代表隊列的最大容量
        queue.put("hello");
        String elem=queue.take();
        System.out.println(elem);
        elem=queue.take();
        System.out.println(elem);
    }
}

注意： put方法帶有阻塞功能，但是offer不具有，所以一般用put方法(能使用offer方法的原因是 BlockingDeque繼承了Queue）

打印結果如上所示，當打印了hello后，隊列為空，代碼執(zhí)行到elem=queue.take();就不會繼續(xù)往下執(zhí)行了，此時線程進入阻塞等待狀態(tài)，什么也不會打印了，直到有其他線程給隊列中放入新的元素為止

3. 生產者消費者模型

生產者消費者模型是在服務器開發(fā)和后端開發(fā)中比較常用的編程手段，一般用于解耦合和削峰填谷。

高耦合度：兩個代碼模塊的關聯(lián)關系比較高
高內聚：一個代碼模塊內各個元素彼此結合的緊密
因此，我們一般追求高內聚低耦合，這樣會加快執(zhí)行效率，而使用生產者消費者模型就可以解耦合

（1）應用一：解耦合

我們以實際生活中的情況為例，這里有兩臺服務器：A服務器和B服務器，當A服務器傳輸數(shù)據(jù)給B時，要是直接傳輸?shù)脑?，那么不是A向B推送數(shù)據(jù)，就是B從A中拉取數(shù)據(jù)，都是需要A和B直接交互，所以A和B存在依賴關系（A和B的耦合度比較高）。未來如果服務器需要擴展，比如加一個C服務器，讓A給C傳數(shù)據(jù)，那么改動就比較復雜，且會降低效率。這時我們可以加一個隊列，這個隊列為阻塞隊列，如果A把數(shù)據(jù)寫到隊列里，B從中取，那么隊列相當于是中轉站（或者說交易場所），A相當于生產者（提供數(shù)據(jù)），B相當于消費者（接收數(shù)據(jù)），此時就構成了生產者消費者模型，這樣會讓代碼耦合度更低，維護更方便，執(zhí)行效率更高。

在計算機中，生產者充當其中一組線程，而消費者充當另一組線程，而交易場所就可以使用阻塞隊列了

（2）應用二：削峰填谷

在河道中大壩算是一個很重要的組成部分了，如果沒有大壩，大家試想一下結果：當汛期來臨后上游的水很大時，下游就會涌入大量的水發(fā)生水災讓莊稼被淹沒；而旱期的話下游的水會很少可能會引發(fā)旱災。若有大壩的話，汛期時大壩把多余的水存到大壩中，關閘蓄水，讓上游的水按一定速率往下流，避免突然一波大雨把下游淹了，這樣下游不至于出現(xiàn)水災。旱期時大壩把之前儲存好的水放出來，還是讓讓水按一定速率往下流，避免下流太缺水，這樣既可以避免汛期發(fā)生洪澇又可以避免旱期發(fā)生旱災了。
峰：相當于汛期
谷：相當于旱期
計算機中
這樣的情況在計算機中也是很典型的，尤其是在服務器開發(fā)中，網(wǎng)關通常會把互聯(lián)網(wǎng)中的請求轉發(fā)給業(yè)務服務器，比如一些商品服務器，用戶服務器，商家服務器（存放商家的信息），直播服務器。但因為互聯(lián)網(wǎng)過來的請求數(shù)量是多是少不可控，相當于上游的水，如果突然來了一大波請求，網(wǎng)關即使能扛得住，后續(xù)的很多服務器收到很多請求也就會崩潰（處理一個請求涉及到一系列的數(shù)據(jù)庫操作，因為數(shù)據(jù)庫相關操作效率本身比較低，這樣請求多了就處理不過來了，因此就會崩潰）

所以實際情況中網(wǎng)關和業(yè)務服務器之間往往用一個隊列來緩沖，這個隊列就是阻塞隊列（交易場所），用這個隊列來實現(xiàn)生產者（網(wǎng)關）消費者（業(yè)務服務器）模型，把請求緩存到隊列中，后面的消費者（業(yè)務服務器）按照自己固定的速率去讀請求。這樣當請求很多時，雖然隊列服務器可能會稍微受到一定壓力，但能保證業(yè)務服務器的安全。

（3）相關代碼

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;

public class TestDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 使用一個 BlockingQueue 作為交易場所
        BlockingQueue<Integer> queue = new LinkedBlockingQueue<>();
        // 此線程作為消費者
        Thread customer = new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                while (true) {
                    // 取隊首元素
                    try {
                        Integer value = queue.take();
                        System.out.println("消費元素: " + value);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        };
        customer.start();
        // 此線程作為生產者
        Thread producer = new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 1; i <= 10000; i++) {
                    System.out.println("生產了元素: " + i);
                    try {
                        queue.put(i);
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        };
        producer.start();
        try {
            customer.join();
            producer.join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

打印如上（此代碼是讓生產者通過sleep每過1秒生產一個元素，而消費者不使用sleep，所以每當生產一個元素時，消費者都會立馬消費一個元素）

4.阻塞隊列和生產者消費者模型功能的實現(xiàn)

在學會如何使用BlockingQueue后，那么如何自己去實現(xiàn)一個呢？
主要思路：

• 1.利用數(shù)組
  

• 2.head代表隊頭，tail代表隊尾
  

• 3.head和tail重合后到底是空的還是滿的判斷方法：專門定義一個size記錄當前隊列元素個數(shù)，入隊列時size加1出隊列時size減1，當size為0表示空，為數(shù)組最大長度就是滿的（也可以浪費一個數(shù)組空間用head和tail重合表示空，用tail+1和head重合表示滿，但此方法較為麻煩，上一個方法較為直觀，因此我們使用上一個方法）

public class Test2 {
    static class BlockingQueue {
    private int[] items = new int[1000];    // 此處的1000相當于隊列的最大容量, 此處暫時不考慮擴容的問題.
    private int head = 0;//定義隊頭
    private int tail = 0;//定義隊尾
    private int size = 0;//數(shù)組大小
    private Object locker = new Object();

    // put 用來入隊列
    public void put(int item) throws InterruptedException {
        synchronized (locker) {
            while (size == items.length) {
                // 隊列已經滿了，阻塞隊列開始阻塞
                locker.wait();
            }
            items[tail] = item;
            tail++;
            // 如果到達末尾, 就回到起始位置.
            if (tail >= items.length) {
                tail = 0;
            }
            size++;
            locker.notify();
        }
    }
    // take 用來出隊列
    public int take() throws InterruptedException {
        int ret = 0;
        synchronized (locker) {
            while (size == 0) {
                // 對于阻塞隊列來說, 如果隊列為空, 再嘗試取元素, 就要阻塞
                locker.wait();
            }
            ret = items[head];
            head++;
            if (head >= items.length) {
                head = 0;
            }
            size--;
            // 此處的notify 用來喚醒 put 中的 wait
            locker.notify();
        }
        return ret;
    }
}

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        BlockingQueue queue = new BlockingQueue();
        // 消費者線程
        Thread consumer = new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                while (true) {
                    try {
                        int elem = queue.take();
                        System.out.println("消費元素: " + elem);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        };
        consumer.start();

        // 生產者線程
        Thread producer = new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                for (int i = 1; i < 10000; i++) {
                    System.out.println("生產元素: " + i);
                    try {
                        queue.put(i);
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        };
        producer.start();
        consumer.join();
        producer.join();
    }
}

運行結果如上。
注意：

• 1.wait和notify的正確使用
  

• 2.put和take都會產生阻塞情況，但阻塞條件是對立的，wait不會同時觸發(fā)（put喚醒take阻塞，take喚醒put阻塞）

以上就是關于“Java中阻塞隊列怎么使用”這篇文章的內容，相信大家都有了一定的了解，希望小編分享的內容對大家有幫助，若想了解更多相關的知識內容，請關注億速云行業(yè)資訊頻道。