当前位置:

首页 > 编程开发 > Java中阻塞队列的示例分析

Java中阻塞队列的示例分析

1.什么是阻塞队列阻塞队列是一种特殊的队列,和数据结构中普通的队列一样,也遵守先进先出的原则同时,阻塞队列是一种能保证线程安全的数据结构,并且具有以下两种特性:当队列满的时候,继续向队列中插入元素就会让队列阻塞,直到有其他线程从队列中取走元素;当队列为空的时候,继续出队列也会让队列阻塞,直到有其他线程往队列中插入元素补充:线程阻塞的意思指代码此时不会被执行,即操作系统在此时不会把这个线程调度到CPU上去执行了2.阻塞队列的代码使用importjava.util.concurrent.LinkedBlock

本文目录

      1. 什么是阻塞队列

       阻塞队列是一种特殊的队列,和数据结构中普通的队列一样,也遵守先进先出的原则同时,阻塞队列是一种能保证线程安全的数据结构,并且具有以下两种特性:当队列满的时候,继续向队列中插入元素就会让队列阻塞,直到有其他线程从队列中取走元素;当队列为空的时候,继续出队列也会让队列阻塞,直到有其他线程往队列中插入元素

      补充:线程阻塞的意思指代码此时不会被执行,即操作系统在此时不会把这个线程调度到CPU上去执行了

      2. 阻塞队列的代码使用

      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,因为它是一个接口,要向上转型
              //LinkedBlockingDeque内部是基于链表方式来实现的
              BlockingDeque queue=new LinkedBlockingDeque<>(10);//此处可以指定一个具体的数字,这里的的10代表队列的最大容量
              queue.put("hello");
              String elem=queue.take();
              System.out.println(elem);
              elem=queue.take();
              System.out.println(elem);
          }
      }

      注意: put方法带有阻塞功能,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继承了Queue)

      Java中阻塞队列的示例分析


      打印结果如上所示,当打印了hello后,队列为空,代码执行到elem=queue.take();就不会继续往下执行了,此时线程进入阻塞等待状态,什么也不会打印了,直到有其他线程给队列中放入新的元素为止

      3. 生产者消费者模型

      生产者消费者模型是在服务器开发和后端开发中比较常用的编程手段,一般用于解耦合和削峰填谷。

      高耦合度:两个代码模块的关联关系比较高
      高内聚:一个代码模块内各个元素彼此结合的紧密
      因此,我们一般追求高内聚低耦合,这样会加快执行效率,而使用生产者消费者模型就可以解耦合

      (1)应用一:解耦合

      我们以实际生活中的情况为例,这里有两台服务器:A服务器和B服务器,当A服务器传输数据给B时,要是直接传输的话,那么不是A向B推送数据,就是B从A中拉取数据,都是需要A和B直接交互,所以A和B存在依赖关系(A和B的耦合度比较高)。未来如果服务器需要扩展,比如加一个C服务器,让A给C传数据,那么改动就比较复杂,且会降低效率。这时我们可以加一个队列,这个队列为阻塞队列,如果A把数据写到队列里,B从中取,那么队列相当于是中转站(或者说交易场所),A相当于生产者(提供数据),B相当于消费者(接收数据),此时就构成了生产者消费者模型,这样会让代码耦合度更低,维护更方便,执行效率更高。

      Java中阻塞队列的示例分析

      在计算机中,生产者充当其中一组线程,而消费者充当另一组线程,而交易场所就可以使用阻塞队列了

      (2)应用二:削峰填谷

      Java中阻塞队列的示例分析

      实际生活中
      在河道中大坝算是一个很重要的组成部分了,如果没有大坝,大家试想一下结果:当汛期来临后上游的水很大时,下游就会涌入大量的水发生水灾让庄稼被淹没;而旱期的话下游的水会很少可能会引发旱灾。若有大坝的话,汛期时大坝把多余的水存到大坝中,关闸蓄水,让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,这样下游不至于出现水灾。旱期时大坝把之前储存好的水放出来,还是让让水按一定速率往下流,避免下流太缺水,这样既可以避免汛期发生洪涝又可以避免旱期发生旱灾了。
      峰:相当于汛期
      谷:相当于旱期
      计算机中
      这样的情况在计算机中也是很典型的,尤其是在服务器开发中,网关通常会把互联网中的请求转发给业务服务器,比如一些商品服务器,用户服务器,商家服务器(存放商家的信息),直播服务器。但因为互联网过来的请求数量是多是少不可控,相当于上游的水,如果突然来了一大波请求,网关即使能扛得住,后续的很多服务器收到很多请求也就会崩溃(处理一个请求涉及到一系列的数据库操作,因为数据库相关操作效率本身比较低,这样请求多了就处理不过来了,因此就会崩溃)

      Java中阻塞队列的示例分析

      所以实际情况中网关和业务服务器之间往往用一个队列来缓冲,这个队列就是阻塞队列(交易场所),用这个队列来实现生产者(网关)消费者(业务服务器)模型,把请求缓存到队列中,后面的消费者(业务服务器)按照自己固定的速率去读请求。这样当请求很多时,虽然队列服务器可能会稍微受到一定压力,但能保证业务服务器的安全。

      (3)相关代码

      import java.util.concurrent.BlockingQueue;
      import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
      
      public class TestDemo {
          public static void main(String[] args) {
              // 使用一个 BlockingQueue 作为交易场所
              BlockingQueue queue = new LinkedBlockingQueue<>();
              // 此线程作为消费者
              Thread customer = new Thread() {
                  @Override
                  public void run() {
                      while (true) {
                          // 取队首元素
                          try {
                              Integer value = queue.take();
                              System.out.println("消费元素: " + value);
                          } catch (InterruptedException e) {
                              e.printStackTrace();
                          }
                      }
                  }
              };
              customer.start();
              // 此线程作为生产者
              Thread producer = new Thread() {
                  @Override
                  public void run() {
                      for (int i = 1; i <= 10000; i++) {
                          System.out.println("生产了元素: " + 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();
              }
          }
      }

      Java中阻塞队列的示例分析

      打印如上(此代码是让生产者通过sleep每过1秒生产一个元素,而消费者不使用sleep,所以每当生产一个元素时,消费者都会立马消费一个元素)

      4.阻塞队列和生产者消费者模型功能的实现

      在学会如何使用BlockingQueue后,那么如何自己去实现一个呢?
      主要思路:

      • 1.利用数组

      • 2.head代表队头,tail代表队尾

      • 3.head和tail重合后到底是空的还是满的判断方法:专门定义一个size记录当前队列元素个数,入队列时size加1出队列时size减1,当size为0表示空,为数组最大长度就是满的(也可以浪费一个数组空间用head和tail重合表示空,用tail+1和head重合表示满,但此方法较为麻烦,上一个方法较为直观,因此我们使用上一个方法)

      public class Test2 {
          static class BlockingQueue {
          private int[] items = new int[1000];    // 此处的1000相当于队列的最大容量, 此处暂时不考虑扩容的问题.
          private int head = 0;//定义队头
          private int tail = 0;//定义队尾
          private int size = 0;//数组大小
          private Object locker = new Object();
      
          // put 用来入队列
          public void put(int item) throws InterruptedException {
              synchronized (locker) {
                  while (size == items.length) {
                      // 队列已经满了,阻塞队列开始阻塞
                      locker.wait();
                  }
                  items[tail] = item;
                  tail++;
                  // 如果到达末尾, 就回到起始位置.
                  if (tail >= items.length) {
                      tail = 0;
                  }
                  size++;
                  locker.notify();
              }
          }
          // take 用来出队列
          public int take() throws InterruptedException {
              int ret = 0;
              synchronized (locker) {
                  while (size == 0) {
                      // 对于阻塞队列来说, 如果队列为空, 再尝试取元素, 就要阻塞
                      locker.wait();
                  }
                  ret = items[head];
                  head++;
                  if (head >= items.length) {
                      head = 0;
                  }
                  size--;
                  // 此处的notify 用来唤醒 put 中的 wait
                  locker.notify();
              }
              return ret;
          }
      }
      
          public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
              BlockingQueue queue = new BlockingQueue();
              // 消费者线程
              Thread consumer = new Thread() {
                  @Override
                  public void run() {
                      while (true) {
                          try {
                              int elem = queue.take();
                              System.out.println("消费元素: " + elem);
                          } catch (InterruptedException e) {
                              e.printStackTrace();
                          }
                      }
                  }
              };
              consumer.start();
      
              // 生产者线程
              Thread producer = new Thread() {
                  @Override
                  public void run() {
                      for (int i = 1; i < 10000; i++) {
                          System.out.println("生产元素: " + i);
                          try {
                              queue.put(i);
                              Thread.sleep(1000);
                          } catch (InterruptedException e) {
                              e.printStackTrace();
                          }
                      }
                  }
              };
              producer.start();
              consumer.join();
              producer.join();
          }
      }

      Java中阻塞队列的示例分析

      运行结果如上。
      注意:

      • 1.wait和notify的正确使用

      • 2.put和take都会产生阻塞情况,但阻塞条件是对立的,wait不会同时触发(put唤醒take阻塞,take唤醒put阻塞)

      本站声明:本文内容由网友自发贡献,版权归原作者所有,本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容,请联系bd@zhengruan.com
      作者最新文章
      编程开发 Java
      相关文章 更多
      Yandex官网入口及网页搜索使用方法
      Yandex官网入口及网页搜索使用方法

      Yandex官网入口是https://www.yondex.net/,该平台支持多语言切换、智能搜索匹配、虚拟键盘变更及实时翻译,提供地图、图片、新闻、购物等垂直服务,并具备账户同步、隐私管理、个性化首页和云存储等功能。

      Java单元测试入门:使用JUnit 5编写第一个测试用例
      Java单元测试入门:使用JUnit 5编写第一个测试用例

      面向初学者的JUnit 5实用入门指南。从测试概念、Maven依赖配置,到手把手编写首个单元测试用例及断言验证,助你掌握Java单元测试的核心流程。

      Java变量未初始化报错解析:局部变量与成员变量默认值差异
      Java变量未初始化报错解析:局部变量与成员变量默认值差异

      深入解析Java中局部变量未初始化编译报错与成员变量自动赋予默认值的机制差异,涵盖JVM内存分配、编译期确定性赋值检查与实际排查修复方案。

      Java获取当前时间并格式化输出:DateTimeFormatter与SimpleDateFormat
      Java获取当前时间并格式化输出:DateTimeFormatter与SimpleDateFormat

      详细讲解在Java中获取当前系统时间并进行格式化输出的两种核心方案:基于Java 8全新日期时间API的DateTimeFormatter与传统遗留的SimpleDateFormat,包含完整代码示例、线程安全机制对比及生产选型建议。

      Java中final与static final常量的定义及初始化规则
      Java中final与static final常量的定义及初始化规则

      深入解析Java中final变量与static final常量的定义、内存语义、初始化时机及合法赋值路径,涵盖编译期常量优化与实战避坑指南。

      Java抽象方法与接口方法的区别及选型建议
      Java抽象方法与接口方法的区别及选型建议

      深入对比Java中抽象类抽象方法与接口方法的语法演进、设计意图及运行期差异,并提供清晰的架构选型决策流程与实战范例。

      Java实现HTTP请求与JSON解析的完整代码示例
      Java实现HTTP请求与JSON解析的完整代码示例

      本文提供Java标准库HttpClient发起HTTP GET/POST请求并结合Jackson进行JSON数据反序列化与序列化的完整代码示例与工程实践指南。

      Java递归出现StackOverflowError的原因分析及栈空间优化方案
      Java递归出现StackOverflowError的原因分析及栈空间优化方案

      详细分析Java递归调用出现StackOverflowError的原因,结合代码说明线程栈、栈帧和递归深度之间的关系,并介绍终止条件排查、迭代改写、减少栈帧开销以及通过-Xss调整JVM栈空间的方法。

      Java空指针异常(NPE)的代码排查与修复实例
      Java空指针异常(NPE)的代码排查与修复实例

      针对Java中常见的NullPointerException(NPE),本文从堆栈日志定位、典型代码触发场景、具体修复代码对比到防御体系进行系统讲解,提供实用且易上手的排查与修复方案。

      selenium上传文件教程本地文件路径设置方法
      selenium上传文件教程本地文件路径设置方法

      深入解析Selenium处理文件上传的技术细节,涵盖标准HTML控件的路径直接注入法与非标准控件的系统级模拟方案,提供Windows与Linux环境下的路径设置最佳实践及常见异常排查。

      查看更多
      精品专题 更多
      装机必备
      装机必备

      正软商城装机必备专区,精选办公、浏览器、安全防护、影音播放、压缩解压、设计创作和系统工具等电脑常用正版软件,帮助用户快速完成新电脑软件配置。

      Windows
      Windows

      正软商城Windows软件专区,汇集适用于Windows电脑的办公、设计、安全防护、影音播放、开发工具和系统优化软件,提供软件介绍、系统要求、正版授权及购买下载服务。

      PDF教程
      PDF教程

      正软商城PDF教程频道提供PDF编辑、转换、合并、拆分、压缩及格式处理方法,同时介绍常用PDF软件和工具的使用技巧。

      Mac软件 更多
      讯飞智作 网页版
      讯飞智作 网页版
      Windows/ macOS/ Linux

      讯飞智作是一款基于语音合成技术、虚拟人驱动技术与数字人形象声音构建能力的 AI 数字人音视频创作平台。

      火山引擎 网页版
      火山引擎 网页版
      Windows/ macOS/ Linux

      火山引擎是字节跳动旗下企业级云与AI服务平台。聚焦大模型核心能力,依托字节自研豆包多模态大模型,凭借火山方舟一站式平台,提供模型精调、推理部署、智能应用搭建等全链路服务,结合高性能AI算力,助力各行业快速落地大模型数字化与智能化应用。

      Aperty macOS版
      Aperty macOS版
      macOS

      Aperty 是 Skylum 推出的 AI 人像修图软件,支持自然肤质修饰、瑕疵处理、面部与身体调整、预设及批量同步。

      WINDOWS 更多
      讯飞智作 网页版
      讯飞智作 网页版
      Windows/ macOS/ Linux

      讯飞智作是一款基于语音合成技术、虚拟人驱动技术与数字人形象声音构建能力的 AI 数字人音视频创作平台。

      火山引擎 网页版
      火山引擎 网页版
      Windows/ macOS/ Linux

      火山引擎是字节跳动旗下企业级云与AI服务平台。聚焦大模型核心能力,依托字节自研豆包多模态大模型,凭借火山方舟一站式平台,提供模型精调、推理部署、智能应用搭建等全链路服务,结合高性能AI算力,助力各行业快速落地大模型数字化与智能化应用。

      PixTV 网页版
      PixTV 网页版
      Windows

      PixTV 是一款在浏览器中使用的 AI 视觉内容创作平台,提供图片、视频、音频、文字生成、AI 分镜、局部重绘、提示词反推和无限画布等工具,适合短剧、漫剧、广告及社交媒体内容制作。