并发队列ConcurrentLinkedQueue和阻塞队列LinkedBlockingQueue用法

最新推荐文章于 2024-05-21 19:46:20 发布

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本文深入探讨Java中的队列实现，包括线程安全的LinkedBlockingQueue和ConcurrentLinkedQueue。通过具体示例展示如何在生产者-消费者模型中使用这两种队列。

在Java多线程应用中，队列的使用率很高，多数生产消费模型的首选数据结构就是队列(先进先出)。Java提供的线程安全的Queue可以分为阻塞队列和非阻塞队列，其中阻塞队列的典型例子是BlockingQueue，非阻塞队列的典型例子是ConcurrentLinkedQueue，在实际应用中要根据实际需要选用阻塞队列或者非阻塞队列。

注：什么叫线程安全？这个首先要明确。线程安全就是说多线程访问同一代码，不会产生不确定的结果。

并行和并发区别

1、并行是指两者同时执行一件事，比如赛跑，两个人都在不停的往前跑；
2、并发是指资源有限的情况下，两者交替轮流使用资源，比如一段路(单核CPU资源)同时只能过一个人，A走一段后，让给B，B用完继续给A ，交替使用，目的是提高效率

LinkedBlockingQueue
由于LinkedBlockingQueue实现是线程安全的，实现了先进先出等特性，是作为生产者消费者的首选，LinkedBlockingQueue 可以指定容量，也可以不指定，不指定的话，默认最大是Integer.MAX_VALUE，其中主要用到put和take方法，put方法在队列满的时候会阻塞直到有队列成员被消费，take方法在队列空的时候会阻塞，直到有队列成员被放进来。

package javatest.queuetest;

import com.google.common.collect.Queues;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

/**
 * 多线程模拟实现生产者/消费者模型
 * Created by Lovell on 9/18/16.
 */
/*
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 */

public class LinkedBolockQueueTest {
    private static Logger logger = LoggerFactory.getLogger(LinkedBolockQueueTest.class);
    /**
     * 定义装苹果的篮子
     *
     */
    public class Basket{
        // 篮子，能够容纳3个苹果
        BlockingQueue<String> basket = Queues.newLinkedBlockingDeque(3);

        // put 方法放入一个苹果，若basket满了，等到basket有位置
        public void produce() throws InterruptedException {
            basket.put("an apple");
        }

        // 消费苹果，从篮子中取走
        public String consume() throws InterruptedException {
            // take方法取出一个苹果，若basket为空，等到basket有苹果为止（获取并移此队列的头部）
            return basket.take();
        }
    }

    // 定义苹果生产者
    class Producer implements Runnable {
        private String instance;
        private Basket basket;

        public Producer(String instance, Basket basket) {
            this.instance = instance;
            this.basket = basket;
        }

        @Override
        public void run() {
            try {
              while (true) {
                  // 生产苹果
                  System.out.println("****************************");
                  System.out.println("生产者准备生产苹果：" + instance);
                  basket.produce();
                  System.out.println("生产者生产苹果完毕：" + instance);
                  // 休眠300ms
                  Thread.sleep(300);
              }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
                System.out.println("Procedure Interrupted");
            }
        }
    }

    // 定义苹果消费者
    class Consumer implements Runnable {
        private String instance;
        private Basket basket;

        public Consumer(String instance, Basket basket) {
            this.instance = instance;
            this.basket = basket;
        }

        @Override
        public void run() {
            try {
                while (true) {
                    // 消费苹果
                    System.out.println("消费者准备消费苹果：" + instance);
                    System.out.println(basket.consume());
                    System.out.println("消费者消费苹果完毕：" + instance);
                    System.out.println("****************************");
                    // 休眠1000ms
                    Thread.sleep(1000);
                }
            } catch (InterruptedException ex) {
                System.out.println("Consumer Interrupted");
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        LinkedBolockQueueTest test = new LinkedBolockQueueTest();

        // 建立一个装苹果的篮子
        Basket basket = test.new Basket();

        ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
        Producer producer = test.new Producer("生产者001", basket);
//        Producer producer2 = test.new Producer("生产者002", basket);
        Consumer consumer = test.new Consumer("消费者001", basket);
        service.submit(producer);
//        service.submit(producer2);
        service.submit(consumer);
        // 程序运行5s后，所有任务停止
        try {
            Thread.sleep(1000 * 5);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        service.shutdownNow();
    }
}

ConcurrentLinkedQueue

ConcurrentLinkedQueue是Queue的一个安全实现．Queue中元素按FIFO原则进行排序．采用CAS操作，来保证元素的一致性。
LinkedBlockingQueue是一个线程安全的阻塞队列，它实现了BlockingQueue接口，BlockingQueue接口继承自java.util.Queue接口，并在这个接口的基础上增加了take和put方法，这两个方法正是队列操作的阻塞版本。

package javatest.queuetest;

import com.google.common.collect.Queues;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;

import java.util.concurrent.*;

/**
 * Created by Lovell on 9/18/16.
 */
/*
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 */

public class ConcurrentLinkedQueueTest {
    private static Logger logger = LoggerFactory.getLogger(ConcurrentLinkedQueueTest.class);

    private static ConcurrentLinkedQueue<Integer> queue = Queues.newConcurrentLinkedQueue();

    // 线程个数
    private static int count = 2;

    // CountDownLatch 一个同步辅助类，在完成一正在其他线程中执行的操作之前，它允许一个或多个线程一直等待
    private static CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(count);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        long timeStart = System.currentTimeMillis();
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(4);
        // 调用生产方法
        ConcurrentLinkedQueueTest.offer();
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            // 消费
            executorService.submit(new Poll());
        }
        countDownLatch.await(); //使得主线程(main)阻塞直到latch.countDown()为零才继续执行
        System.out.println("cost time " + (System.currentTimeMillis() - timeStart) + "ms");
        executorService.shutdown();
    }

    /**
     * 生产
     */
    public static void offer() {
        for (int i = 0; i < 100000; i++) {
            queue.offer(i);
        }
    }

    /**
     * 消费
     */
    static class Poll implements Runnable {
        public void run() {
//             while (queue.size()>0) {
            while (!queue.isEmpty()) {
                System.out.println(queue.poll());
            }
            countDownLatch.countDown();
        }
    }

}