Java 并发--- 阻塞队列

对于多线程编程，java中有同步容器（HashTable，Vector），并发容器（ConcurrentHashMap、CopyOnWriteArrayList），还有阻塞队列。

非阻塞队列，好比PriorityQueue、LinkedList，一个很大问题就是：它不会对当前线程产生阻塞，那么在面对相似消费者-生产者的模型时，就必须额外地实现同步策略以及线程间唤醒策略，这个实现起来就很是麻烦。可是有了阻塞队列就不同了，它会对当前线程产生阻塞，好比一个线程从一个空的阻塞队列中取元素，此时线程会被阻塞直到阻塞队列中有了元素。当队列中有元素后，被阻塞的线程会自动被唤醒（不须要咱们编写代码去唤醒）。这样提供了极大的方便性。

几种主要的阻塞队列

ArrayBlockingQueue：基于数组实现的一个阻塞队列，在建立ArrayBlockingQueue对象时必须制定容量大小。而且能够指定公平性与非公平性，默认状况下为非公平的，即不保证等待时间最长的队列最优先可以访问队列。

LinkedBlockingQueue：基于链表实现的一个阻塞队列，在建立LinkedBlockingQueue对象时若是不指定容量大小，则默认大小为Integer.MAX_VALUE。

PriorityBlockingQueue：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（经过源码就能够知道，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，才可以从队列中获取到该元素。DelayQueue也是一个无界队列，所以往队列中插入数据的操做（生产者）永远不会被阻塞，而只有获取数据的操做（消费者）才会被阻塞。

阻塞队列中的方法 VS 非阻塞队列中的方法

非阻塞队列中的几个主要方法

add(E e):将元素e插入到队列末尾，若是插入成功，则返回true；若是插入失败（即队列已满），则会抛出异常；

remove()：移除队首元素，若移除成功，则返回true；若是移除失败（队列为空），则会抛出异常；

offer(E e)：将元素e插入到队列末尾，若是插入成功，则返回true；若是插入失败（即队列已满），则返回false；

poll()：移除并获取队首元素，若成功，则返回队首元素；不然返回null；

peek()：获取队首元素，若成功，则返回队首元素；不然返回null

对于非阻塞队列，通常状况下建议使用offer、poll和peek三个方法，不建议使用add和remove方法。由于使用offer、poll和peek三个方法能够经过返回值判断操做成功与否，而使用add和remove方法却不能达到这样的效果。注意，非阻塞队列中的方法都没有进行同步措施。

阻塞队列中的几个主要方法

阻塞队列包括了非阻塞队列中的大部分方法，上面列举的5个方法在阻塞队列中都存在，可是要注意这5个方法在阻塞队列中都进行了同步措施。除此以外，阻塞队列提供了另外4个很是有用的方法：

put(E e) ：向队尾存入元素，若是队列满，则等待；

take() ：从队首取元素，若是队列为空，则等待；

offer(E e,long timeout, TimeUnit unit) ：向队尾存入元素，若是队列满，则等待必定的时间，当时间期限达到时，若是尚未插入成功，则返回false；不然返回true；

poll(long timeout, TimeUnit unit) ：从队首取元素，若是队列空，则等待必定的时间，当时间期限达到时，若是取到，则返回null；不然返回取得的元素；

阻塞队列的实现原理

// TODO

示例

使用Object.wait()和Object.notify()、非阻塞队列实现生产者-消费者模式，wait()和notify()主要用来实现线程间通讯。代码以下：

public class Test {
    private int queueSize = 10;
    private PriorityQueue<Integer> queue = new PriorityQueue<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{
        @Override
        public void run() {
            consume();
        }
         
        private void consume() {
            while(true){
                synchronized (queue) {
                    while(queue.size() == 0){
                        try {
                            System.out.println("队列空，等待数据");
                            queue.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                            queue.notify();
                        }
                    }
                    queue.poll();          //每次移走队首元素
                    queue.notify();
                    System.out.println("从队列取走一个元素，队列剩余"+queue.size()+"个元素");
                }
            }
        }
    }
     
    class Producer extends Thread{
        @Override
        public void run() {
            produce();
        }
         
        private void produce() {
            while(true){
                synchronized (queue) {
                    while(queue.size() == queueSize){
                        try {
                            System.out.println("队列满，等待有空余空间");
                            queue.wait();
                        } catch (InterruptedException e) {
                            e.printStackTrace();
                            queue.notify();
                        }
                    }
                    queue.offer(1);        //每次插入一个元素
                    queue.notify();
                    System.out.println("向队列取中插入一个元素，队列剩余空间："+(queueSize-queue.size()));
                }
            }
        }
    }
}

使用阻塞队列实现的生产者-消费者模式。代码以下：

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{
        @Override
        public 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{
        @Override
        public 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();
                }
            }
        }
    }
}

使用阻塞队列代码要简单得多，不须要再单独考虑同步和线程间通讯的问题。

阻塞队列使用最经典的场景就是socket客户端数据的读取和解析，读取数据的线程不断将数据放入队列，而后解析线程不断从队列取数据解析。还有其余相似的场景，只要符合生产者-消费者模型的均可以使用阻塞队列。