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什么是阻塞队列？如何使用阻塞队列来实现生产者-消费者模型？

jemygraw / 3441人阅读

摘要：什么是阻塞队列阻塞队列是一个在队列基础上又支持了两个附加操作的队列。阻塞队列的应用场景阻塞队列常用于生产者和消费者的场景，生产者是向队列里添加元素的线程，消费者是从队列里取元素的线程。由链表结构组成的无界阻塞队列。

什么是阻塞队列？

阻塞队列是一个在队列基础上又支持了两个附加操作的队列。

2个附加操作：

支持阻塞的插入方法：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：队列空时，获取元素的线程会等待队列变为非空。

阻塞队列的应用场景

阻塞队列常用于生产者和消费者的场景，生产者是向队列里添加元素的线程，消费者是从队列里取元素的线程。简而言之，阻塞队列是生产者用来存放元素、消费者获取元素的容器。

几个方法

在阻塞队列不可用的时候，上述2个附加操作提供了四种处理方法

方法处理方式 抛出异常 返回特殊值 一直阻塞 超时退出
插入方法 add(e) offer(e) put(e) offer(e,time,unit)
移除方法 remove() poll() take() poll(time,unit)
检查方法 element() peek() 不可用 不可用
JAVA里的阻塞队列

JDK 7 提供了7个阻塞队列，如下

1、ArrayBlockingQueue 数组结构组成的有界阻塞队列。

此队列按照先进先出（FIFO）的原则对元素进行排序，但是默认情况下不保证线程公平的访问队列，即如果队列满了，那么被阻塞在外面的线程对队列访问的顺序是不能保证线程公平（即先阻塞，先插入）的。

2、LinkedBlockingQueue一个由链表结构组成的有界阻塞队列

此队列按照先出先进的原则对元素进行排序

3、PriorityBlockingQueue 支持优先级的无界阻塞队列

4、DelayQueue 支持延时获取元素的无界阻塞队列，即可以指定多久才能从队列中获取当前元素

5、SynchronousQueue不存储元素的阻塞队列，每一个put必须等待一个take操作，否则不能继续添加元素。并且他支持公平访问队列。

6、LinkedTransferQueue由链表结构组成的无界阻塞TransferQueue队列。相对于其他阻塞队列，多了tryTransfer和transfer方法

transfer方法

如果当前有消费者正在等待接收元素（take或者待时间限制的poll方法），transfer可以把生产者传入的元素立刻传给消费者。如果没有消费者等待接收元素，则将元素放在队列的tail节点，并等到该元素被消费者消费了才返回。

tryTransfer方法

用来试探生产者传入的元素能否直接传给消费者。，如果没有消费者在等待，则返回false。和上述方法的区别是该方法无论消费者是否接收，方法立即返回。而transfer方法是必须等到消费者消费了才返回。

7、LinkedBlockingDeque链表结构的双向阻塞队列，优势在于多线程入队时，减少一半的竞争。

如何使用阻塞队列来实现生产者-消费者模型？

通知模式实现：所谓通知模式，就是当生产者往满的队列里添加元素时会阻塞住生产者，当消费者消费了一个队列中的元素后，会通知生产者当前队列可用。

使用BlockingQueue解决生产者消费者问题

为什么BlockingQueue适合解决生产者消费者问题

任何有效的生产者-消费者问题解决方案都是通过控制生产者put()方法（生产资源）和消费者take()方法（消费资源）的调用来实现的，一旦你实现了对方法的阻塞控制，那么你将解决该问题。

Java通过BlockingQueue提供了开箱即用的支持来控制这些方法的调用（一个线程创建资源，另一个消费资源）。java.util.concurrent包下的BlockingQueue接口是一个线程安全的可用于存取对象的队列。

BlockingQueue是一种数据结构，支持一个线程往里存资源，另一个线程从里取资源。这正是解决生产者消费者问题所需要的，那么让我们开始解决该问题吧。

生产者

以下代码用于生产者线程

package io.ymq.example.thread;

import java.util.concurrent.BlockingQueue;

/**
 * 描述:生产者
 *
 * @author yanpenglei
 * @create 2018-03-14 15:52
 **/
class Producer implements Runnable {

    protected BlockingQueue queue;

    Producer(BlockingQueue theQueue) {
        this.queue = theQueue;
    }

    public void run() {
        try {
            while (true) {
                Object justProduced = getResource();
                queue.put(justProduced);
                System.out.println("生产者资源队列大小= " + queue.size());
            }
        } catch (InterruptedException ex) {
            System.out.println("生产者 中断");
        }
    }

    Object getResource() {
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (InterruptedException ex) {
            System.out.println("生产者 读 中断");
        }
        return new Object();
    }
}

消费者


以下代码用于消费者线程


package io.ymq.example.thread;

import java.util.concurrent.BlockingQueue;

/**
 * 描述: 消费者
 *
 * @author yanpenglei
 * @create 2018-03-14 15:54
 **/
class Consumer implements Runnable {
    protected BlockingQueue queue;

    Consumer(BlockingQueue theQueue) {
        this.queue = theQueue;
    }

    public void run() {
        try {
            while (true) {
                Object obj = queue.take();
                System.out.println("消费者 资源 队列大小 " + queue.size());
                take(obj);
            }
        } catch (InterruptedException ex) {
            System.out.println("消费者 中断");
        }
    }

    void take(Object obj) {
        try {
            Thread.sleep(100); // simulate time passing
        } catch (InterruptedException ex) {
            System.out.println("消费者 读 中断");
        }
        System.out.println("消费对象 " + obj);
    }
}

测试该解决方案是否运行正常


package io.ymq.example.thread;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;

/**
 * 描述: 测试
 *
 * @author yanpenglei
 * @create 2018-03-14 15:58
 **/
public class ProducerConsumerExample {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        int numProducers = 4;
        int numConsumers = 3;

        BlockingQueue myQueue = new LinkedBlockingQueue(5);

        for (int i = 0; i < numProducers; i++) {
            new Thread(new Producer(myQueue)).start();
        }

        for (int i = 0; i < numConsumers; i++) {
            new Thread(new Consumer(myQueue)).start();
        }

        Thread.sleep(1000);

        System.exit(0);
    }
}

运行结果


生产者资源队列大小= 1
生产者资源队列大小= 1
消费者 资源 队列大小 1
生产者资源队列大小= 1
消费者 资源 队列大小 1
消费者 资源 队列大小 1
生产者资源队列大小= 1
生产者资源队列大小= 3
消费对象 java.lang.Object@1e1aa52b
生产者资源队列大小= 2
生产者资源队列大小= 5
消费对象 java.lang.Object@6e740a76
消费对象 java.lang.Object@697853f6

......

消费对象 java.lang.Object@41a10cbc
消费对象 java.lang.Object@4963c8d1
消费者 资源 队列大小 5
生产者资源队列大小= 5
生产者资源队列大小= 5
消费者 资源 队列大小 4
消费对象 java.lang.Object@3e49c35d
消费者 资源 队列大小 4
生产者资源队列大小= 5


从输出结果中,我们可以发现队列大小永远不会超过5，消费者线程消费了生产者生产的资源。

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作者：鹏磊


出处：http://www.ymq.io



版权归作者所有，转载请注明出处


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                                                                                                           阻塞队列线程集
                                                                                                           消息队列是什么
                                                                                                           什么是消息队列
                                                         
                 

               
              

             
               

                   
 文章版权归作者所有，未经允许请勿转载,若此文章存在违规行为，您可以联系管理员删除。

                 
                   
转载请注明本文地址：https://www.ucloud.cn/yun/68788.html

               

                      
               
              
              

                
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    Java 队列
    
                                                     
    摘要：队列中有元素时，就说明有过期了，线程继续执行，然后元素出队，根据相应的移除缓存。所以严格来说，虽然实现了队列接口，但是它的目的却并不是队列，而是将生产者消费者线程配对。转移队列链式转移队列。

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                                    Pocher
                                    
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    java 队列
    
                                                     
    摘要：是基于链接节点的线程安全的队列。通过这些高效并且线程安全的队列类，为我们快速搭建高质量的多线程程序带来极大的便利。队列内部仅允许容纳一个元素。该队列的头部是延迟期满后保存时间最长的元素。

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