【并发编程】阻塞队列BlockingQueue入门

BlockingQueue是什么

  • BlockingQueue 继承了 Queue 接口,是队列的一种。
  • 阻塞队列(BlockingQueue)是一个在队列基础上又支持了两个附加操作的队列,常用解耦。
  • 支持阻塞的插入方法put: 队列满时,队列会阻塞插入元素的线程,直到队列不满。
  • 支持阻塞的移除方法take: 队列空时,获取元素的线程会等待队列变为非空。

阻塞队列继承了队列Queue接口

Queue接口方法.png

  • add(E e):添加一个元素,添加成功返回true, 如果队列满了,就会抛出异常。
  • offer(E e):添加一个元素,添加成功返回true, 如果队列满了,返回false。
  • remove():返回并删除队首元素,队列为空则抛出异常。
  • poll():返回并删除队首元素,队列为空则返回null。
  • element():返回队首元素,但不移除,队列为空则抛出异常
  • peek():获取队首元素,但不移除,队列为空则返回null

BlockingQueue常用方法

方法 抛出异常 返回特定值 阻塞 阻塞特定时间
入队 add(e) offer(e) put(e) offer(e, time, unit)
出队 remove() poll() take() poll(time, unit)
获取队首元素 element() peek() 不支持 不支持

阻塞队列的特性

  • 阻塞队列区别于其他类型的队列的最主要的特点就是“阻塞”这两个字!
  • 阻塞功能使得生产者和消费者两端的能力得以平衡,当有任何一端速度过快时,阻塞队列便会把过快的速度给降下来。
  • 实现阻塞最重要的两个方法是 take 方法和 put 方法。

阻塞队列的take方法

阻塞队列的take方法.png

  • take方法的功能是获取并移除队列的头结点,通常在队列里有数据的时候是可以正常移除的。
  • 一旦执行 take 方法的时候,队列里无数据,则阻塞,直到队列里有数据。
  • 一旦队列里有数据了,就会立刻解除阻塞状态,并且取到数据。

阻塞队列的put方法

阻塞队列的put方法.png

  • put方法插入元素时,如果队列没有满,那就和普通的插入一样是正常的插入。
  • 如果队列已满,那么就无法继续插入,则阻塞,直到队列里有了空闲空间。
  • 如果后续队列有了空闲空间,比如消费者消费了一个元素,那么此时队列就会解除阻塞状态,并把需要添加的数据添加到队列中。

阻塞队列的边界

  • 容量的大小,分为有界和无界两种。
  • 无界队列意味着里面可以容纳非常多的元素,例如 LinkedBlockingQueue 的上限是 Integer.MAX_VALUE,是非常大的一个数,可以近似认为是无限容量,因为我们几乎无法把这个容量装满。
  • 但是有的阻塞队列是有界的,例如 ArrayBlockingQueue 如果容量满了,也不会扩容,所以一旦满了就无法再往里放数据了。

阻塞队列的应用场景

  • BlockingQueue 是线程安全的,可以解决线程的安全问题。
  • 因为阻塞队列是线程安全的,所以生产者和消费者都可以是多线程的,不会发生线程安全问题。
  • 生产者/消费者直接使用线程安全的队列就可以,而不需要自己去考虑更多的线程安全问题。这也就意味着,考虑锁等线程安全问题的重任从“你”转移到了“队列”上,降低了我们开发的难度和工作量。
  • 队列它还能起到一个隔离的作用。生产者不需要关注消费者的逻辑。实现了具体任务与执行任务类之间的解耦,提高了安全性。

常见阻塞队列

  • ArrayBlockingQueue:基于数组结构实现的一个有界阻塞队列。
  • LinkedBlockingQueue:基于链表结构实现的一个无界阻塞队列。
  • PriorityBlockingQueue:支持按优先级排序的无界阻塞队列。
  • DelayQueue:基于优先级队列(PriorityBlockingQueue)实现的无界阻塞队列。
  • SynchronousQueue:不存储元素的阻塞队列。
  • LinkedTransferQueue:基于链表结构实现的一个无界阻塞队列。
  • LinkedBlockingDeque:基于链表结构实现的一个双端阻塞队列。

阻塞队列的验证方法

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;

public class BlockingQueueTest {
	public static void main(String[] args) {
		addTest();
		// removeTest();
		// elementTest()
		// offerTest()
		// pollTest()
		// peekTest()
		// putTest()
		// putTest()
	}

	/**
	 * add 方法是往队列里添加一个元素,如果队列满了,就会抛出异常来提示队列已满。
	 */
	private static void addTest() {
		BlockingQueue<Integer> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<Integer>(2);
		System.out.println(blockingQueue.add(1));
		System.out.println(blockingQueue.add(2));
		System.out.println(blockingQueue.add(3));
	}

	/**
	 * remove 方法的作用是删除元素并返回队列的头节点,如果删除的队列是空的, remove 方法就会抛出异常。
	 */
	private static void removeTest() {
		ArrayBlockingQueue<Integer> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<Integer>(2);
		blockingQueue.add(1);
		blockingQueue.add(2);
		System.out.println(blockingQueue.remove());
		System.out.println(blockingQueue.remove());
		System.out.println(blockingQueue.remove());
	}

	/**
	 * element 方法是返回队列的头部节点,但是并不删除。如果队列为空,抛出异常
	 */
	private static void elementTest() {
		ArrayBlockingQueue<Integer> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<Integer>(2);
		blockingQueue.element();
	}

	/**
	 * offer 方法用来插入一个元素。如果添加成功会返回 true,而如果队列已经满了,返回false
	 */
	private static void offerTest() {
		ArrayBlockingQueue<Integer> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<Integer>(2);
		System.out.println(blockingQueue.offer(1));
		System.out.println(blockingQueue.offer(2));
		System.out.println(blockingQueue.offer(3));
	}

	/**
	 * poll 方法作用也是移除并返回队列的头节点。 如果队列为空,返回null
	 */
	private static void pollTest() {
		ArrayBlockingQueue<Integer> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<Integer>(3);
		blockingQueue.offer(1);
		blockingQueue.offer(2);
		blockingQueue.offer(3);
		System.out.println(blockingQueue.poll());
		System.out.println(blockingQueue.poll());
		System.out.println(blockingQueue.poll());
		System.out.println(blockingQueue.poll());
	}

	/**
	 * peek 方法返回队列的头元素但并不删除。 如果队列为空,返回null
	 */
	private static void peekTest() {
		ArrayBlockingQueue<Integer> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<Integer>(2);
		System.out.println(blockingQueue.peek());
	}

	/**
	 * put 方法的作用是插入元素。如果队列已满就无法继续插入,阻塞插入线程,直至队列空出位置
	 */
	private static void putTest() {
		BlockingQueue<Integer> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<Integer>(2);
		try {
			blockingQueue.put(1);
			blockingQueue.put(2);
			blockingQueue.put(3);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}

	/**
	 * take 方法的作用是获取并移除队列的头结点。如果执队列里无数据,则阻塞,直到队列里有数据
	 */
	private static void takeTest() {
		BlockingQueue<Integer> blockingQueue = new ArrayBlockingQueue<Integer>(2);
		try {
			blockingQueue.take();
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

结束语

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posted @ 2022-02-04 21:30  程序java圈  阅读(254)  评论(0编辑  收藏  举报