阻塞队列和并发队列

  在并发编程中我们有时候需要使用线程安全的队列。要实现一个线程安全的队列有两种实现方式：一种是使用阻塞算法，另一种是使用非阻塞算法。

  使用阻塞算法的队列可以用一个锁（入队和出队用同一把锁）或两个锁（入队和出队用不同的锁）等方式来实现，其中阻塞队列的典型是：BlockingQueue;

  非阻塞的实现方式则可以使用循环CAS的方式来实现,非阻塞队列的典型例子是ConcurrentLinkedQueue。

注：并行与并发的区别：

1、并行是指两者同时执行一件事，比如赛跑，两个人都在不停的往前跑； 2、并发是指资源有限的情况下，两者交替轮流使用资源，比如一段路(单核CPU资源)同时只能过一个人，A走一段后，让给B，B用完继续给A ，交替使用，目的是提高效率。

一、阻塞队列

   常见的阻塞队列如下：

   关于阻塞队例及其说明如下表所示：

  

基于阻塞队列的生产者-消费者模型

package cn.thread;

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

/**
 * 多线程模拟实现生产者／消费者模型
 */
public class BlockingQueueTest2 {
    /**
     * 
     * 定义装苹果的篮子
     * 
     */
    public class Basket {
        // 篮子，能够容纳3个苹果
        BlockingQueue<String> basket = new LinkedBlockingQueue<String>(3);

        // 生产苹果，放入篮子
        public void produce() throws InterruptedException {
            // put方法放入一个苹果，若basket满了，等到basket有位置
            basket.put("An apple");
        }

        // 消费苹果，从篮子中取走
        public String consume() throws InterruptedException {
            // take方法取出一个苹果，若basket为空，等到basket有苹果为止(获取并移除此队列的头部)
            return basket.take();
        }
    }

    // 定义苹果生产者
    class Producer implements Runnable {
        private String instance;
        private Basket basket;

        public Producer(String instance, Basket basket) {
            this.instance = instance;
            this.basket = basket;
        }

        public void run() {
            try {
                while (true) {
                    // 生产苹果
                    System.out.println("生产者准备生产苹果：" + instance);
                    basket.produce();
                    System.out.println("!生产者生产苹果完毕：" + instance);
                    // 休眠300ms
                    Thread.sleep(300);
                }
            } catch (InterruptedException ex) {
                System.out.println("Producer Interrupted");
            }
        }
    }

    // 定义苹果消费者
    class Consumer implements Runnable {
        private String instance;
        private Basket basket;

        public Consumer(String instance, Basket basket) {
            this.instance = instance;
            this.basket = basket;
        }

        public void run() {
            try {
                while (true) {
                    // 消费苹果
                    System.out.println("消费者准备消费苹果：" + instance);
                    System.out.println(basket.consume());
                    System.out.println("!消费者消费苹果完毕：" + instance);
                    // 休眠1000ms
                    Thread.sleep(1000);
                }
            } catch (InterruptedException ex) {
                System.out.println("Consumer Interrupted");
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        BlockingQueueTest2 test = new BlockingQueueTest2();

        // 建立一个装苹果的篮子
        Basket basket = test.new Basket();

        ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
        Producer producer = test.new Producer("生产者001", basket);
        Producer producer2 = test.new Producer("生产者002", basket);
        Consumer consumer = test.new Consumer("消费者001", basket);
        service.submit(producer);
        service.submit(producer2);
        service.submit(consumer);
    }

}

二、并发队列

  ConcurrentLinkedQueue是Queue的一个安全实现．Queue中元素按FIFO原则进行排序．采用CAS操作，来保证元素的一致性。

  ConcurrentLinkedQueue是一个基于链接节点的无界线程安全队列，它采用先进先出的规则对节点进行排序，当我们添加一个元素的时候，它会添加到队列的尾部，当我们获取一个元素时，它会返回队列头部的元素。它采用了“wait－free”算法来实现 。

基于ConcurrentLinkedQueue实现的生产者-消费者模型：

package cn.thread;

import java.util.concurrent.ConcurrentLinkedQueue;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class ConcurrentLinkedQueueTest {
    private static ConcurrentLinkedQueue<Integer> queue = new ConcurrentLinkedQueue<Integer>();
    private static int count = 2; // 线程个数
    //CountDownLatch，一个同步辅助类，在完成一组正在其他线程中执行的操作之前，它允许一个或多个线程一直等待。
    private static CountDownLatch latch = new CountDownLatch(count);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        long timeStart = System.currentTimeMillis();
        ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(4);
        ConcurrentLinkedQueueTest.offer();
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            es.submit(new Poll());
        }
        latch.await(); //使得主线程(main)阻塞直到latch.countDown()为零才继续执行
        System.out.println("cost time " + (System.currentTimeMillis() - timeStart) + "ms");
        es.shutdown();
    }
    
    /**
     * 生产
     */
    public static void offer() {
        for (int i = 0; i < 100000; i++) {
            queue.offer(i);
        }
    }


    /**
     * 消费
     *  
     */
    static class Poll implements Runnable {
        public void run() {
            // while (queue.size()>0) {
            while (!queue.isEmpty()) {
                System.out.println(queue.poll());
            }
            latch.countDown();
        }
    }
}

参见：http://ifeve.com/concurrentlinkedqueue/