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。

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);

    }
}
<think>好的,我现在需要帮助用户了解如何在Java中实现阻塞队列,并提供示例代码。首先,我得回忆一下用户提供的引用内容,看看里面有没有有用的信息。用户给出的引用1到5都涉及Java阻塞队列的使用,特别是BlockingQueue接口及其实现类,比如ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue。这些引用中的代码示例展示了生产者和消费者线程如何通过put、take等方法操作队列,还有如何控制队列容量和处理阻塞情况。用户的问题是如何在Java中实现阻塞队列,所以需要先介绍BlockingQueue接口,然后说明它的常用实现类。接着,给出一个简单的示例代码,展示生产者和消费者模型。可能需要解释put和take方法的阻塞特性,以及如何正确使用这些方法。另外,用户可能想知道阻塞队列的基本原理,比如线程安全和阻塞机制。引用3提到阻塞队列在生产者-消费者模型中的应用,所以这部分应该重点强调。同时,引用4和5中的代码示例可以借鉴,展示如何创建队列对象,并在多线程环境中传递使用。 需要注意的是,用户可能希望示例代码清晰易懂,所以应该选择ArrayBlockingQueue或LinkedBlockingQueue中的一个简单例子。比如,创建一个固定大小的队列,生产者不断放入数据,消费者定期取出。这样能直观展示阻塞行为,比如队列满时生产者阻塞,队列空时消费者阻塞。还要确保代码符合Java标准,比如使用线程的启动方式,正确处理InterruptedException。引用1中的测试类结构可以作为参考,主函数中启动生产者和消费者线程,使用lambda表达式简化代码。最后,可能需要对比不同实现类的区别,比如ArrayBlockingQueue是有界的,而LinkedBlockingQueue可选有界或无界,帮助用户根据场景选择合适的实现。此外,可以提到offer和poll的非阻塞方法,但用户主要关注的是阻塞功能,所以重点放在put和take上。 总结步骤:介绍BlockingQueue接口,列出常用实现类,给出代码示例,解释关键方法和阻塞行为,最后对比不同实现类的特点。确保代码示例正确,并注释说明各部分的作用。</think>在Java中实现阻塞队列主要依赖`java.util.concurrent.BlockingQueue`接口及其实现类。以下是实现方式和示例代码的详细说明: --- ### 一、阻塞队列实现方式 1. **核心接口** `BlockingQueue`接口提供两类核心方法: - **阻塞方法**:`put()`(入队阻塞)和`take()`(出队阻塞)[^1][^3] - **非阻塞方法**:`offer()`(入队)、`poll()`(出队)、`peek()`(查看队头) 2. **常用实现类** - **`ArrayBlockingQueue`**:基于数组的有界队列,需指定容量[^4][^5] - **`LinkedBlockingQueue`**:基于链表的队列,可选有界或无界[^2] - **`PriorityBlockingQueue`**:带优先级的无界队列 --- ### 二、代码示例(生产者-消费者模型) ```java import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue; import java.util.concurrent.BlockingQueue; public class BlockingQueueDemo { private static final BlockingQueue<Integer> queue = new ArrayBlockingQueue<>(5); // 容量为5的队列 public static void main(String[] args) { // 生产者线程 Thread producer = new Thread(() -> { try { for (int i = 0; i < 10; i++) { queue.put(i); // 队列满时自动阻塞 System.out.println("生产数据: " + i); Thread.sleep(500); // 模拟生产耗时 } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }); // 消费者线程 Thread consumer = new Thread(() -> { try { while (true) { Integer data = queue.take(); // 队列空时自动阻塞 System.out.println("消费数据: " + data); Thread.sleep(1000); // 模拟消费耗时 } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }); producer.start(); consumer.start(); } } ``` --- ### 三、关键特性说明 1. **阻塞行为** - 当队列已满时,`put()`会阻塞直到有空间 - 当队列为空时,`take()`会阻塞直到有元素[^3] 2. **流量控制应用** 通过有界队列实现生产速率控制(如引用5的流量控制示例)[^5] 3. **线程安全机制** 内部通过`ReentrantLock`和条件变量实现线程安全[^1] --- ### 四、不同实现类对比 | 实现类 | 数据结构 | 是否有界 | 适用场景 | |-----------------------|----------|----------|------------------------| | `ArrayBlockingQueue` | 数组 | 是 | 固定容量场景 | | `LinkedBlockingQueue` | 链表 | 可选 | 高吞吐量场景 | | `PriorityBlockingQueue` | 堆 | 否 | 需要优先级排序的场景 | ---
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