Java并发编程之阻塞队列

阅读目录

1、什么是阻塞队列？
2、主要的阻塞队列及其方法
3、阻塞队列的实现原理
4、阻塞队列的应用：实现消费者-生产者模式
5、参考资料

1、什么是阻塞队列？

队列是一种数据结构，它有两个基本操作：在队列尾部加入一个元素，从队列头部移除一个元素。阻塞队里与普通的队列的区别在于，普通队列不会对当前线程产生阻塞，在面对类似消费者-生产者模型时，就必须额外的实现同步策略以及线程间唤醒策略。使用阻塞队列，就会对当前线程产生阻塞，当队列是空时，从队列中获取元素的操作将会被阻塞，当队列是满时，往队列里添加元素的操作也会被阻塞。

2、主要的阻塞队列及其方法

java.util.concurrent包下提供主要的几种阻塞队列，主要有以下几个：

ArrayBlockingQueue:基于数组实现的阻塞队列，在创建ArrayBlockingQueue对象时必须指定其容量大小，还可以指定访问策略，默认情况下为非公平的，即不保证等待时间最长的线程最优先能够访问队列。
LinkedBlockingQueue：基于链表实现的一个阻塞队列，在创建LinkedBlockingQueue对象时如果不指定容量大小，则默认大小为Integer.MAX_VALUE。
以上2种队列都是先进先出队列，而PriorityBlockingQueue却不是，它会按照元素的优先级对元素进行排序，按照优先级顺序出队，每次出队的元素都是优先级最高的元素。注意，此阻塞队列为无界阻塞队列，即容量没有上限（通过源码就可以知道，它没有容器满的信号标志），前面2种都是有界队列。
DelayQueue：基于PriorityQueue，一种延时阻塞队列，DelayQueue中的元素只有当其指定的延迟时间到了，才能够从队列中获取到该元素。DelayQueue也是一个无界队列，因此往队列中插入数据的操作（生产者）永远不会被阻塞，而只有获取数据的操作（消费者）才会被阻塞。

阻塞队列包括了非阻塞队列中的大部分方法，还提供另外若干非常有用的方法：

put方法用来向队尾存入元素，如果队列满，则等待；
take方法用来从队首取元素，如果队列为空，则等待；
offer方法用来向队尾存入元素，如果队列满，则等待一定的时间，当时间期限达到时，如果还没有插入成功，则返回false；否则返回true；
poll方法用来从队首取元素，如果队列空，则等待一定的时间，当时间期限达到时，如果取到，则返回null；否则返回取得的元素；

下面看一段代码：import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;/*** @author 作者：徐剑 E-mail:anxu_2013@163.com* @version 创建时间：2016年3月20日下午12:52:53* 类说明*/public class BlockingQueue{public static void main（String[] args） throws InterruptedException{java.util.concurrent.BlockingQueue<String> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>（5）;for （int i = 0; i < 10; i++）{// 将指定元素添加到此队列中blockingQueue.put（"加入元素" + i）;System.out.println（"向阻塞队列中添加了元素:" + i）;}System.out.println（"程序到此运行结束，即将退出----"）;}} 当限制阻塞队列数量为5时，添加了5个元素之后，继续添加将会队列外阻塞等待，此时程序并未终止。当队列满了之后，我们将队首元素移除，则可以继续向阻塞队列中添加元素，代码如下：public class BlockingQueue{public static void main（String[] args） throws InterruptedException{java.util.concurrent.BlockingQueue<String> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<>（5）;for （int i = 0; i < 10; i++）{// 将指定元素添加到此队列中blockingQueue.put（"加入元素" + i）;System.out.println（"向阻塞队列中添加了元素:" + i）;if（i>=4）System.out.println（"移除队首元素"+blockingQueue.take（））;}System.out.println（"程序到此运行结束，即将退出----"）;}} 执行结果如下：

3、阻塞队列的实现原理

下面主要看一下ArrayBlockingQueue的实现原理。首先看一下ArrayBlockingQueue类的成员变量：public class ArrayBlockingQueue<E> extends AbstractQueue<E>implements BlockingQueue<E>, java.io.Serializable {/** 底层存储结构-数组 */final Object[] items;/** 队首元素下标 */int takeIndex;/** 队尾元素下标 */int putIndex;/**队列元素总数 */int count;
/** 重入锁 */final ReentrantLock lock;/** notEmpty等待条件 */private final Condition notEmpty;/** notFull等待条件 */private final Condition notFull;/** * Shared state for currently active iterators, or null if there * are known not to be any.Allows queue operations to update * iterator state. */transient Itrs itrs = null; 可以看到，ArrayBlockingQueue用来存储元素的实际上是一个数组。再看下ArrayBlockingQueue两个重要方法的实现，put（）和take（）:public void put（E e） throws InterruptedException{//先检查e是否为空checkNotNull（e）;//获取锁final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lockInterruptibly（）;try{//当队列已满，进入条件等待while （count == items.length）notFull.await（）;//队列不满，进行入队列操作enqueue（e）;} finally{//释放锁lock.unlock（）;}} 再看下具体的入队操作：private void enqueue（E x）{final Object[] items = this.items;//队尾入队items[putIndex] = x;if （++putIndex == items.length）putIndex = 0;//队列总数+1count++;//notempty条件的等待集中随机选择一个线程，解除其阻塞状态notEmpty.signal（）;} 下面是take（）方法的源代码：public E take（） throws InterruptedException{//获取锁final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lockInterruptibly（）;try{//队列为空while （count == 0）//线程加入notEmpty条件等待集notEmpty.await（）;//非空，出队列return dequeue（）;} finally{//释放锁lock.unlock（）;}}

4、阻塞队列的应用：实现消费者-生产者模式

/*** @author 作者：徐剑 E-mail:anxu_2013@163.com* @version 创建时间：2016年3月20日下午2:21:55* 类说明：阻塞队列实现的消费者-生产者模式 */public class Test{private int queueSize = 10;private ArrayBlockingQueue<Integer> queue = new ArrayBlockingQueue<Integer>（queueSize）;public static void main（String[] args）{Test test = new Test（）;Producer producer = test.new Producer（）;Consumer consumer = test.new Consumer（）;producer.start（）;consumer.start（）;}class Consumer extends Thread{@Overridepublic void run（）{consume（）;}private void consume（）{while （true）{try{queue.take（）;System.out.println（"从队列取走一个元素，队列剩余" + queue.size（） + "个元素"）;} catch （InterruptedException e）{e.printStackTrace（）;}}}}class Producer extends Thread{@Overridepublic void run（）{produce（）;}private void produce（）{while （true）{try{queue.put（1）;System.out.println（"向队列取中插入一个元素，队列剩余空间："+ （queueSize - queue.size（）））;} catch （InterruptedException e）{e.printStackTrace（）;}}}}}本文永久更新链接地址：http://www.linuxidc.com/Linux/2016-03/129330.htm