阻塞队列的简单实现

本文介绍了一种阻塞队列的简单实现方法,该队列会在队列满或空时阻塞,并通过使用ReentrantLock和Condition来管理线程的等待与唤醒状态。

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阻塞队列的简单实现

阻塞队列是一种当队列满了和队列空了时,会阻塞的队列,简单的实现如下,实现了添加元素的操作(put)和取元素的操作(take),这里用到了JUC下的Condition和ReentrantLock类

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

/**
 * Created by CvShrimp on 2017/7/19.
 */
public class BlockingQueue {
    final Lock lock = new ReentrantLock();
    final Condition full = lock.newCondition();
    final Condition empty = lock.newCondition();
    //设置存放元素的Object数组,最多存放30个元素
    final Object[] items = new Object[30];
    //放置元素的位置
    int putptr;
    //取元素的位置
    int takeptr;
    //队列中元素的个数,当达到队列的最大长度(这里是30)或者0时,分别会阻塞put或者take操作,当满足put或者take的条件时,会自动唤醒相应的线程
    int count;

    public void put(Object o) {
        lock.lock();
        System.out.println("lock the put");
        try {
            if(count == items.length) {
                System.out.println("Full, blocking put");
                try {
                    full.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            items[putptr] = o;
            count++;
            if(++putptr == items.length) {
                putptr = 0;
            }
            System.out.println("put item success");
            //唤醒由于队列空了,阻塞在empty上的线程
            empty.signal();
        } finally {
            System.out.println("unlock the put");
            lock.unlock();
        }
    }

    public Object take() {
        lock.lock();
        System.out.println("lock the take");
        try {
            if(count == 0) {
                try {
                    empty.await();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            Object o = items[takeptr];
            count--;
            if(++takeptr == items.length) {
                takeptr = 0;
            }
            //唤醒由于队列满了,阻塞在full上的线程
            full.signal();
            return o;
        } finally {
            System.out.println("unlock the take");
            lock.unlock();
        }
    }

    public boolean isEmpty() {
        return count == 0;
    }

    public static void main(String[] args) {
        BlockingQueue blockQueue = new BlockingQueue();
        Runnable runnable = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                blockQueue.put("Lelouch");
                blockQueue.put("Zero");
                blockQueue.put("CvShrimp");
                System.out.println(blockQueue.take());
                System.out.println(blockQueue.take());
            }
        };

        Runnable runnable1 = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(blockQueue.take());
            }
        };

        ExecutorService threadPool = Executors.newCachedThreadPool();
        threadPool.execute(runnable);
        threadPool.execute(runnable1);

    }
}
Java阻塞队列是一种线程安全的数据结构,它提供了同步的功能,用于在多线程环境中安全地进行数据交换和通信。其实现原理主要涉及以下几个方面。 首先,阻塞队列实现会使用锁机制确保线程安全。Java中可以使用ReentrantLock或synchronized关键字来实现锁,在对队列进行操作时会对其进行加锁,保证同一时刻只有一个线程能够访问队列。 其次,阻塞队列内部会使用条件变量或信号量来实现线程间的协调与通信。当队列为空时,消费者线程需要等待直到队列有数据可取;当队列已满时,生产者线程需要等待直到队列有空位置可放入新数据。通过条件变量或信号量的等待和唤醒机制,实现了线程间的同步和互斥。 此外,阻塞队列通常还会使用一个循环数组来存储数据。循环数组在插入和删除元素时能够高效地利用已分配的内存空间,避免了频繁的扩容和内存拷贝。同时,循环数组的读写指针可以通过取模运算得到,实现环形循环。 最后,阻塞队列还会根据不同的需求提供不同的阻塞操作。例如,用于插入元素的put()方法在队列已满时会阻塞直到有空位置可用,用于获取元素的take()方法在队列为空时会阻塞直到有数据可取。这些阻塞操作的实现依赖于同步和协调机制,保证了线程安全和数据一致性。 总之,Java阻塞队列通过使用锁、条件变量或信号量、循环数组等机制,实现了线程安全和线程间的同步与通信。它是多线程编程中常用的工具,能够有效地管理数据的生产和消费,提高多线程程序的可靠性和性能。
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