Java线程（六）：JUC包阻塞队列的应用

前言：

1、利用Lock 和 Condition  实现一个阻塞队列

一、阻塞队列 BlockingQueue接口

1、队列：数据的集合，先进先出。有固定大小的，也可以不固定。

2、阻塞与非阻塞：可以阻塞也可以不阻塞。

1）阻塞队列，一个指定长度的队列，如果队列满了，添加新元素的操作会被阻塞等待，直到有空位为止。同样，当队列为空时候，请求队列元素的操作同样会阻塞等待，直到有可用元素为止。

2）非阻塞列队，上述情况会报错。

3、JUC 包阻塞队列还有更多实现类，用来满足各种复杂的需求：ArrayBlockingQueue, DelayQueue,LinkedBlockingQueue, PriorityBlockingQueue, SynchronousQueue，具体的API差别也很小。

1）LinkedBlockingQueue的容量默认是没有上限的（在不指定时容量为Integer.MAX_VALUE），也可以选择指定其最大容量，它是基于链表的队列，此队列按 FIFO（先进先出）排序元素。

2）ArrayBlockingQueue在构造时需要指定容量，并可以选择是否需要公平性(默认false)，如果公平参数 被设置true，等待时间最长的线程会优先得到处理（其实就是通过将ReentrantLock设置为true来达到这种公平性的：即等待时间最长的线程 会先操作）。通常，公平性会使你在性能上付出代价，只有在的确非常需要的时候再使用它。它是基于数组的阻塞循环队列，此队列按 FIFO（先进先出）原则对元素进行排序。

3）PriorityBlockingQueue是一个带优先级的队列，而不是先进先出队列。元素按优先级 顺序被移除，该队列也没有上限（看了一下源码，PriorityBlockingQueue是对PriorityQueue的再次包装，是基于堆数据结构的，而PriorityQueue是没有容量限制的，与ArrayList一样，所以在优先阻塞队列上put时是不会受阻的，但是如果队列为空，取元素的操作take就会阻塞。另外，往入该队列中的元 素要具有比较能力。

4）DelayQueue（基于PriorityQueue来实现的）是一个存放Delayed元素的无界阻塞队列，只有在延迟期满时才能从中提取元素。该队列的头部是延迟期满后保存时间最长的 Delayed 元素。如果延迟都还没有期满，则队列没有头部，并且poll将返回null。当一个元素的 getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS) 方法返回一个小于或等于零的值时，则出现期满，poll就以移除这个元素了。此队列不允许使用 null 元素。

3、方法：只有put 和 take 才会阻塞

1）Queue 的方法

add           增加一个元索                                           如果队列已满，则抛出一个IIIegaISlabEepeplian异常

remove    移除并返回队列头部的元素                    如果队列为空，则抛出一个NoSuchElementException异常

element   返回但不移除队列头部的元素                如果队列为空，则抛出一个NoSuchElementException异常

offer         添加一个元素并返回true                        如果队列已满，则返回false，不会有异常

poll           移除并返问队列头部的元素                    如果队列为空，则返回null，不会有异常

peek         返回但不移除队列头部的元素                如果队列为空，则返回null，不会有异常

2）BlockingQueue在Queue基础上添加的接口：

put           添加一个元素                                         如果队列满，则阻塞

take         移除并返回队列头部的元素                   如果队列为空，则阻塞

offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)                队列满时指定阻塞时间，否则立即返回false，不会有异常

poll(long timeout, TimeUnit unit)                          队列空时指定阻塞时间，否则立即返回null

二、实现生产者与消费者

package com.newThread;import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;import java.util.concurrent.BlockingQueue;/** *  * BlockingQueueTest.java *  * @title 阻塞队列的运用 * @description Q  * 1-队列：数据的集合，先进先出。有固定大小的，也可以不固定。  * 2-阻塞与非阻塞：可以阻塞也可以不阻塞。非阻塞的，会报错。阻塞的会阻塞。 *              3、ArrayBlockingQueue实现了BlockingQueue接口。 *              1）-Insert(放):add(e)-抛异常;offer(e)-返回true/false; put(e)-阻塞; *              2）-Remove(取)：remove()-抛异常; poll()-返回null; take()-阻塞; poll(time,unit) * @author SAM-SHO * @Date 2014-8-31 */public class BlockingQueueTest {public static void main(String[] args) {// 定义一个阻塞队列，允许放三个数据final BlockingQueue<Object> queue = new ArrayBlockingQueue<Object>(3);// 两个子线程 放数据for (int i = 0; i < 2; i++) {new Thread() {public void run() {while (true) {try {Thread.sleep((long) (Math.random() * 1000));System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "准备放数据!");queue.put(1);// put()放的时候，会阻塞// queue.size() 取到现在队列的大小System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "已经放了数据，" + "队列目前有" + queue.size() + "个数据");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}}.start();}// main 主线程 取数据new Thread() {public void run() {while (true) {try {// 将此处的睡眠时间分别改为100和1000，观察运行结果Thread.sleep(1000);System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "准备取数据!");queue.take();// 取数据System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "已经取走数据，" + "队列目前有" + queue.size() + "个数据");} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}}.start();}}

三、实现同步

1、阻塞队列与 Semphore（灯） 有些类似，但也不同，阻塞队列是一方存放数据，另一方释放数据。

2、Semphore 通常是由同一方设置和释放信号量

package com.newThread;import java.util.Collections;import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;import java.util.concurrent.BlockingQueue;/** *  * BlockingQueueCommunication.java *  * @title 阻塞队列实现同步通知 * @description 1-阻塞队列与Semphore有些类似，但也不同，阻塞队列是一方存放数据，另一方释放数据 *              2-Semphore通常是由同一方设置和释放信号量 * @author SAM-SHO * @Date 2014-8-31 */public class BlockingQueueCommunication {/** * @param args */public static void main(String[] args) {final Business business = new Business();//子线程new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {for (int i = 1; i <= 5; i++) {business.sub(i);}}}).start();// 主线程for (int i = 1; i <= 10; i++) {//5次循环以后，会阻塞。因为子线程已经结束 queue2 没有线程去取business.main(i);}}// 内部类使用 static ，实现为外部类static class Business {BlockingQueue<Integer> queue1 = new ArrayBlockingQueue<Integer>(1);//队列1BlockingQueue<Integer> queue2 = new ArrayBlockingQueue<Integer>(1);//队列2// 匿名构造方法，运行时机在任何构造方法之前{//Collections.synchronizedMap(null);// map的同步类方法try {System.out.println("xxxxxdfsdsafdsa");queue2.put(1);// 先在队列2 queue2中放数据} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}/** *  * @param i */public void sub(int i) {try {queue1.put(1);//队列1 放数据} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}for (int j = 1; j <= 10; j++) {System.out.println("子线程 sequece of " + j + ",loop of " + i);}try {queue2.take();//队列2 取数据} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}/** *  * @param i */public void main(int i) {try {queue2.put(1);//队列2 放数据，如果先主线程进来，会阻塞} catch (InterruptedException e1) {e1.printStackTrace();}for (int j = 1; j <= 4; j++) {System.out.println("主线程  sequece of " + j + ",loop of " + i);}try {queue1.take();// 队列1 取数据} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}}

【输出】

xxxxxdfsdsafdsa子线程 sequece of 1,loop of 1子线程 sequece of 2,loop of 1子线程 sequece of 3,loop of 1子线程 sequece of 4,loop of 1子线程 sequece of 5,loop of 1子线程 sequece of 6,loop of 1子线程 sequece of 7,loop of 1子线程 sequece of 8,loop of 1子线程 sequece of 9,loop of 1子线程 sequece of 10,loop of 1主线程  sequece of 1,loop of 1主线程  sequece of 2,loop of 1主线程  sequece of 3,loop of 1主线程  sequece of 4,loop of 1子线程 sequece of 1,loop of 2子线程 sequece of 2,loop of 2子线程 sequece of 3,loop of 2子线程 sequece of 4,loop of 2子线程 sequece of 5,loop of 2子线程 sequece of 6,loop of 2子线程 sequece of 7,loop of 2子线程 sequece of 8,loop of 2子线程 sequece of 9,loop of 2子线程 sequece of 10,loop of 2主线程  sequece of 1,loop of 2主线程  sequece of 2,loop of 2主线程  sequece of 3,loop of 2主线程  sequece of 4,loop of 2子线程 sequece of 1,loop of 3子线程 sequece of 2,loop of 3子线程 sequece of 3,loop of 3子线程 sequece of 4,loop of 3子线程 sequece of 5,loop of 3子线程 sequece of 6,loop of 3子线程 sequece of 7,loop of 3子线程 sequece of 8,loop of 3子线程 sequece of 9,loop of 3子线程 sequece of 10,loop of 3主线程  sequece of 1,loop of 3主线程  sequece of 2,loop of 3主线程  sequece of 3,loop of 3主线程  sequece of 4,loop of 3子线程 sequece of 1,loop of 4子线程 sequece of 2,loop of 4子线程 sequece of 3,loop of 4子线程 sequece of 4,loop of 4子线程 sequece of 5,loop of 4子线程 sequece of 6,loop of 4子线程 sequece of 7,loop of 4子线程 sequece of 8,loop of 4子线程 sequece of 9,loop of 4子线程 sequece of 10,loop of 4主线程  sequece of 1,loop of 4主线程  sequece of 2,loop of 4主线程  sequece of 3,loop of 4主线程  sequece of 4,loop of 4子线程 sequece of 1,loop of 5子线程 sequece of 2,loop of 5子线程 sequece of 3,loop of 5子线程 sequece of 4,loop of 5子线程 sequece of 5,loop of 5子线程 sequece of 6,loop of 5子线程 sequece of 7,loop of 5子线程 sequece of 8,loop of 5子线程 sequece of 9,loop of 5子线程 sequece of 10,loop of 5主线程  sequece of 1,loop of 5主线程  sequece of 2,loop of 5主线程  sequece of 3,loop of 5主线程  sequece of 4,loop of 5