Queue是什么

队列，是一种数据结构。除了优先级队列和LIFO队列外，队列都是以FIFO（先进先出）的方式对各个元素进行排序的。无论使用哪种排序方式，队列的头都是调用remove()或poll()移除元素的。在FIFO队列中，所有新元素都插入队列的末尾。队列都是线程安全的，内部已经实现安全措施，不用我们担心

Queue中的方法

Queue中的方法不难理解，6个，每2对是一个也就是总共3对。看一下JDK API就知道了：

注意一点就好，Queue通常不允许插入Null，尽管某些实现（比如LinkedList）是允许的，但是也不建议。

使用非阻塞队列的时候有一个很大问题就是：它不会对当前线程产生阻塞，那么在面对类似消费者-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，这个实现起来就非常麻烦。但是有了阻塞队列就不一样了，它会对当前线程产生阻塞，比如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（不需要我们编写代码去唤醒）。这样提供了极大的方便性。
一.几种主要的阻塞队列
自从Java 1.5之后，在java.util.concurrent包下提供了若干个阻塞队列，主要有以下几个：

　　ArrayBlockingQueue：基于数组实现的一个阻塞队列，在创建ArrayBlockingQueue对象时必须制定容量大小。并且可以指定公平性与非公平性，默认情况下为非公平的，即不保证等待时间最长的队列最优先能够访问队列。

　　LinkedBlockingQueue：基于链表实现的一个阻塞队列，在创建LinkedBlockingQueue对象时如果不指定容量大小，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（通过源码就可以知道，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，才能够从队列中获取到该元素。DelayQueue也是一个无界队列，因此往队列中插入数据的操作（生产者）永远不会被阻塞，而只有获取数据的操作（消费者）才会被阻塞。

二.阻塞队列中的方法 VS 非阻塞队列中的方法
1.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，如果插入成功，则返回true；如果插入失败（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；如果移除失败（队列为空），则会抛出异常；
offer(E e)：将元素e插入到队列末尾，如果插入成功，则返回true；如果插入失败（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；否则返回null；
peek()：获取队首元素，若成功，则返回队首元素；否则返回null
对于非阻塞队列，一般情况下建议使用offer、poll和peek三个方法，不建议使用add和remove方法。因为使用offer、poll和peek三个方法可以通过返回值判断操作成功与否，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。
//在这篇笔记中没有介绍非阻塞队列，大部分阻塞队列都可以有非阻塞方法和阻塞方法
2.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，但是要注意这5个方法在阻塞队列中都进行了同步措施。除此之外，阻塞队列提供了另外4个非常有用的方法：
put(E e)
take()
offer(E e,long timeout, TimeUnit unit)
poll(long timeout, TimeUnit unit)
put方法用来向队尾存入元素，如果队列满，则等待；
take方法用来从队首取元素，如果队列为空，则等待；
offer方法用来向队尾存入元素，如果队列满，则等待一定的时间，当时间期限达到时，如果还没有插入成功，则返回false；否则返回true；
poll方法用来从队首取元素，如果队列空，则等待一定的时间，当时间期限达到时，如果取到，则返回null；否则返回取得的元素；

注意：

1、必须要使用take()方法在获取的时候达成阻塞结果
2、使用poll()方法将产生非阻塞效果

三.阻塞队列的实现原理
前面谈到了非阻塞队列和阻塞队列中常用的方法，下面来探讨阻塞队列的实现原理，本文以ArrayBlockingQueue为例，其他阻塞队列实现原理可能和ArrayBlockingQueue有一些差别，但是大体思路应该类似，有兴趣的朋友可自行查看其他阻塞队列的实现源码。
首先看一下ArrayBlockingQueue类中的几个成员变量：
  1. public class ArrayBlockingQueue<E> extends AbstractQueue<E>
  2. implements BlockingQueue<E>, java.io.Serializable {
  3. private static final long serialVersionUID = -817911632652898426L;
  4. /** The queued items */
  5. private final E[] items;
  6. /** items index for next take, poll or remove */
  7. private int takeIndex;
  8. /** items index for next put, offer, or add. */
  9. private int putIndex;
  10. /** Number of items in the queue */
  11. private int count;
  12. /*
  13. * Concurrency control uses the classic two-condition algorithm
  14. * found in any textbook.
  15. */
  16. /** Main lock guarding all access */
  17. private final ReentrantLock lock;
  18. /** Condition for waiting takes */
  19. private final Condition notEmpty;
  20. /** Condition for waiting puts */
  21. private final Condition notFull;
  22. }
可以看出，ArrayBlockingQueue中用来存储元素的实际上是一个数组，takeIndex和putIndex分别表示队首元素和队尾元素的下标，count表示队列中元素的个数。
lock是一个可重入锁，notEmpty和notFull是等待条件。
下面看一下ArrayBlockingQueue的构造器，构造器有三个重载版本：
  1. public ArrayBlockingQueue(int capacity) {
  2. }
  3. public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {
  4.  
  5. }
  6. public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair,
  7.                           Collection<? extends E> c) {
  8. }
第一个构造器只有一个参数用来指定容量，第二个构造器可以指定容量和公平性，第三个构造器可以指定容量、公平性以及用另外一个集合进行初始化。
然后看它的两个关键方法的实现：put()和take()：
  1. public void put(E e) throws InterruptedException {
  2.     if (e == null) throw new NullPointerException();
  3.     final E[] items = this.items;
  4.     final ReentrantLock lock = this.lock;
  5.     lock.lockInterruptibly();
  6.     try {
  7.         try {
  8.             while (count == items.length)
  9.                 notFull.await();
  10.         } catch (InterruptedException ie) {
  11.             notFull.signal(); // propagate to non-interrupted thread
  12.             throw ie;
  13.         }
  14.         insert(e);
  15.     } finally {
  16.         lock.unlock();
  17.     }
  18. }
从put方法的实现可以看出，它先获取了锁，并且获取的是可中断锁，然后判断当前元素个数是否等于数组的长度，如果相等，则调用notFull.await()进行等待，如果捕获到中断异常，则唤醒线程并抛出异常。
当被其他线程唤醒时，通过insert(e)方法插入元素，最后解锁。
我们看一下insert方法的实现：
  1. private void insert(E x) {
  2.     items[putIndex] = x;
  3.     putIndex = inc(putIndex);
  4.     ++count;
  5.     notEmpty.signal();
  6. }
它是一个private方法，插入成功后，通过notEmpty唤醒正在等待取元素的线程。
下面是take()方法的实现：
  1. public E take() throws InterruptedException {
  2.     final ReentrantLock lock = this.lock;
  3.     lock.lockInterruptibly();
  4.     try {
  5.         try {
  6.             while (count == 0)
  7.                 notEmpty.await();
  8.         } catch (InterruptedException ie) {
  9.             notEmpty.signal(); // propagate to non-interrupted thread
  10.             throw ie;
  11.         }
  12.         E x = extract();
  13.         return x;
  14.     } finally {
  15.         lock.unlock();
  16.     }
  17. }
跟put方法实现很类似，只不过put方法等待的是notFull信号，而take方法等待的是notEmpty信号。在take方法中，如果可以取元素，则通过extract方法取得元素，下面是extract方法的实现：
  1. private E extract() {
  2.     final E[] items = this.items;
  3.     E x = items[takeIndex];
  4.     items[takeIndex] = null;
  5.     takeIndex = inc(takeIndex);
  6.     --count;
  7.     notFull.signal();
  8.     return x;
  9. }
跟insert方法也很类似。
其实从这里大家应该明白了阻塞队列的实现原理，事实它和我们用Object.wait()、Object.notify()和非阻塞队列实现生产者-消费者的思路类似，只不过它把这些工作一起集成到了阻塞队列中实现。


四.示例和使用场景
下面先使用Object.wait()和Object.notify()、非阻塞队列实现生产者-消费者模式：
  1. public class Test {
  2.     private int queueSize = 10;
  3.     private PriorityQueue<Integer> queue = new PriorityQueue<Integer>(queueSize);
  4.  
  5.     public static void main(String[] args)  {
  6.         Test test = new Test();
  7.         Producer producer = test.new Producer();
  8.         Consumer consumer = test.new Consumer();
  9.  
  10.         producer.start();
  11.         consumer.start();
  12.     }
  13.  
  14.     class Consumer extends Thread{
  15.  
  16.         @Override
  17.         public void run() {
  18.             consume();
  19.         }
  20.  
  21.         private void consume() {
  22.             while(true){
  23.                 synchronized (queue) {
  24.                     while(queue.size() == 0){
  25.                         try {
  26.                             System.out.println("队列空，等待数据");
  27.                             queue.wait();
  28.                         } catch (InterruptedException e) {
  29.                             e.printStackTrace();
  30.                             queue.notify();
  31.                         }
  32.                     }
  33.                     queue.poll();          //每次移走队首元素
  34.                     queue.notify();
  35.                     System.out.println("从队列取走一个元素，队列剩余"+queue.size()+"个元素");
  36.                 }
  37.             }
  38.         }
  39.     }
  40.  
  41.     class Producer extends Thread{
  42.  
  43.         @Override
  44.         public void run() {
  45.             produce();
  46.         }
  47.  
  48.         private void produce() {
  49.             while(true){
  50.                 synchronized (queue) {
  51.                     while(queue.size() == queueSize){
  52.                         try {
  53.                             System.out.println("队列满，等待有空余空间");
  54.                             queue.wait();
  55.                         } catch (InterruptedException e) {
  56.                             e.printStackTrace();
  57.                             queue.notify();
  58.                         }
  59.                     }
  60.                     queue.offer(1);        //每次插入一个元素
  61.                     queue.notify();
  62.                     System.out.println("向队列取中插入一个元素，队列剩余空间："+(queueSize-queue.size()));
  63.                 }
  64.             }
  65.         }
  66.     }
  67. }
这个是经典的生产者-消费者模式，通过阻塞队列和Object.wait()和Object.notify()实现，wait()和notify()主要用来实现线程间通信。
具体的线程间通信方式（wait和notify的使用）在后续问章中会讲述到。
下面是使用阻塞队列实现的生产者-消费者模式：
  1. public class Test {
  2. private int queueSize = 10;
  3. private ArrayBlockingQueue<Integer> queue = new ArrayBlockingQueue<Integer>(queueSize);
  4. public static void main(String[] args) {
  5. Test test = new Test();
  6. Producer producer = test.new Producer();
  7. Consumer consumer = test.new Consumer();
  8. producer.start();
  9. consumer.start();
  10. }
  11. class Consumer extends Thread{
  12. @Override
  13. public void run() {
  14. consume();
  15. }
  16. private void consume() {
  17. while(true){
  18. try {
  19. queue.take();
  20. System.out.println("从队列取走一个元素，队列剩余"+queue.size()+"个元素");
  21. } catch (InterruptedException e) {
  22. e.printStackTrace();
  23. }
  24. }
  25. }
  26. }
  27. class Producer extends Thread{
  28. @Override
  29. public void run() {
  30. produce();
  31. }
  32. private void produce() {
  33. while(true){
  34. try {
  35. queue.put(1);
  36. System.out.println("向队列取中插入一个元素，队列剩余空间："+(queueSize-queue.size()));
  37. } catch (InterruptedException e) {
  38. e.printStackTrace();
  39. }
  40. }
  41. }
  42. }
  43. }
　有没有发现，使用阻塞队列代码要简单得多，不需要再单独考虑同步和线程间通信的问题。
在并发编程中，一般推荐使用阻塞队列，这样实现可以尽量地避免程序出现意外的错误。
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，然后解析线程不断从队列取数据解析。还有其他类似的场景，只要符合生产者-消费者模型的都可以使用阻塞队列。

转载于:https://www.cnblogs.com/signheart/p/6606475.html

java 多线程阻塞队列 与 阻塞方法与和非阻塞方法相关推荐

  1. JAVA物联所需技术_基于JAVA多线程技术解决物联云端服务雪崩效应的方法与流程...

    本发明涉及互联网技术领域,特别涉及一种基于JAVA多线程技术解决物联云端服务雪崩效应的方法. 背景技术: 目前,物联云系统已经作为普遍的智能电视平台出现在我们面前,而细致分析物联云系统我们可以发现,当 ...

  2. linux c fifo阻塞写和非阻塞写,linux—FIFO的使用与非阻塞标志(O_NONBLOCK)的影响

    FIFO文 #include #include int mkfifo( const char*pathname, mode_t mode); 参数: pathname:FIFO的路径名+文件名. mo ...

  3. 多线程-并发编程(7)-生产者消费者模式及非阻塞队列与阻塞队列实现

    生产者消费者模式是一个十分经典的多线程协作模式 弄懂生产者消费者问题能够让我们对多线程编程的理解更加深刻 存在3个元素 1.生产者(类比厨师) 2.生产者的生产产品(类比美食) 3.消费者(类比吃货) ...

  4. java并发性是指什么_java – 什么是“非阻塞”并发,它与普通并发性有什么不同？...

    What is Non-blocking Concurrency and how is it different. 正式: In computer science, non-blocking sync ...

  5. 非阻塞式编程 php,简单介绍PHP非阻塞模式

    非阻塞模式是指利用socket事件的消息机制,Server端与Client端之间的通信处于异步状态. 让PHP不再阻塞当PHP作为后端处理需要完成一些长时间处理,为了快速响应页面请求,不作结果返回判断 ...

  6. php 非阻塞post请求,PHP实现的CURL非阻塞调用类

    本文实例讲述了PHP实现的CURL非阻塞调用类.分享给大家供大家参考,具体如下: 前面一篇<PHP实现非阻塞模式的方法>文章讲述了PHP中实现非阻塞模式,其实如果只是HTTP的话,直接用C ...

  7. mysql异步非阻塞方式_如何理解swoole异步非阻塞？

    传统的apache2handler或php-fpm本质上都是短生命周期(请求后释放资源)的FastCGI运行模式. 请求来了,master进程会调用worker进程来处理,处理完后释放资源. 假设你在 ...

  8. 乾坤大挪移,如何将同步阻塞(sync)三方库包转换为异步非阻塞(async)模式？Python3.10实现。

    众所周知,异步并发编程可以帮助程序更好地处理阻塞操作,比如网络 IO 操作或文件 IO 操作,避免因等待这些操作完成而导致程序卡住的情况.云存储文件传输场景正好包含网络 IO 操作和文件 IO 操作, ...

  9. linux 管道非阻塞,在Linux中管道上的非阻塞读取

    可以在管道上进行非阻塞I / O吗? fcntl无法设置O_NONBLOCK. Linux编程接口的页面918包括一个表'从管道读取n个字节或FIFO(p)'的语义.此表列出了管道和FIFO的行为,其 ...

最新文章

  1. Docker中的Java内存消耗优化以及我们如何使用Spring Boot
  2. Linux环境编译qtmqtt,qtmqttclient
  3. PHP JSON_ENCODE 不转义中文汉字的方法
  4. 如何在SQL Server 2005中使用作业实现备份和特定删除
  5. Android图片360全景旋转
  6. php中的boolean(布尔)类型
  7. spring异常处理实例(登录例子)
  8. 有哪些开源C ++静态分析工具？ [关闭]
  9. 输入输出系统的发展概况
  10. 安卓第十三天笔记-服务(Service)
  11. 京东发布《未来科技趋势白皮书》，101页详解5大关键技术（附PDF下载）
  12. VMware-ESXi-6.7.0许可证
  13. 第二课：更换国内下载源（阿里源为例）
  14. 新浪邮箱服务器密码被盗,邮箱密码盗取严重的注意事项以及处理建议
  15. 图书馆管理系统（PHP期末报告）
  16. 域用户的管理之一次同时对多个用户进行管理
  17. 侯捷c++课程学习一
  18. amazon mechanical turk介绍
  19. JS 正则表达式否定匹配（正向前瞻）
  20. H5项目中 ios的border不显示问题

热门文章

  1. r语言赋值为na_r语言将空白格替换成NA
  2. java内存管理课程设计_Java内存管理分析
  3. 查看PLC IP 端口_西门子828D数控系统X130接口通讯怪异现象（X130手动设置的 IP）...
  4. 排除服务器简单系统故障方法,引导CD排除服务器故障方法有哪些？
  5. mysql生产环境加索引_【生产篇】_MySQL环境下如何查看基于表的索引定义
  6. JavaScript学习随记——常见全局对象属性及方法
  7. css设置a连接禁用样式_使用CSS禁用链接
  8. python 示例_带有示例的Python字典popitem（）方法
  9. 使用方法实现数组的对调与输出
  10. python---文件处理