(java多线程与并发)java并发库中的阻塞队列--BlockingQueue

 1.阻塞队列的概念

     阻塞队列与普通队列的区别在于，当队列是空的时，从队列中获取元素的操作将会被阻塞，或者当队列是满时，往队列里添加元素的操作会被阻塞。试图从空的阻塞队列中获取元素的线程将会被阻塞，直到其他的线程往空的队列插入新的元素。同样，试图往已满的阻塞队列中添加新元素的线程同样也会被阻塞，直到其他的线程使队列重新变得空闲起来，如从队列中移除一个或者多个元素，或者完全清空队列，下图展示了如何通过阻塞队列来合作：

线程1往阻塞队列中添加元素，而线程2从阻塞队列中移除元素

从刚才的描述可以看出，发生阻塞起码得满足下面至少一个条件： (前提：队列是有界的)

1.从队列里取元素时，如果队列为空，则代码一直等在这里（即阻塞），直到队列里有东西了，拿到元素了，后面的代码才能继续

2.向队列里放元素时，如果队列满了（即放不下更多元素），则代码也会卡住，直到队列里的东西被取走了（即：有空位可以放新元素了），后面的代码才能继续

2.生产者消费者模型用阻塞队列实现和原来的区别

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：

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public class Test {     private int queueSize = 10;     private PriorityQueue<Integer> queue = new PriorityQueue<Integer>(queueSize);           public static void main(String[] args)  {         Test test = new Test();         Producer producer = test.new Producer();         Consumer consumer = test.new Consumer();                   producer.start();         consumer.start();     }           class Consumer extends Thread{                   @Override         public void run() {             consume();         }                   private void consume() {             while(true){                 synchronized (queue) {                     while(queue.size() == 0){                         try {                             System.out.println("队列空，等待数据");                             queue.wait();                         } catch (InterruptedException e) {                             e.printStackTrace();                             queue.notify();                         }                     }                     queue.poll();          //每次移走队首元素                     queue.notify();                     System.out.println("从队列取走一个元素，队列剩余"+queue.size()+"个元素");                 }             }         }     }           class Producer extends Thread{                   @Override         public void run() {             produce();         }                   private void produce() {             while(true){                 synchronized (queue) {                     while(queue.size() == queueSize){                         try {                             System.out.println("队列满，等待有空余空间");                             queue.wait();                         } catch (InterruptedException e) {                             e.printStackTrace();                             queue.notify();                         }                     }                     queue.offer(1);        //每次插入一个元素                     queue.notify();                     System.out.println("向队列取中插入一个元素，队列剩余空间："+(queueSize-queue.size()));                 }             }         }     } }

 　　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：

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public class Test {     private int queueSize = 10;     private ArrayBlockingQueue<Integer> queue = new ArrayBlockingQueue<Integer>(queueSize);           public static void main(String[] args)  {         Test test = new Test();         Producer producer = test.new Producer();         Consumer consumer = test.new Consumer();                   producer.start();         consumer.start();     }           class Consumer extends Thread{                   @Override         public void run() {             consume();         }                   private void consume() {             while(true){                 try {                     queue.take();                     System.out.println("从队列取走一个元素，队列剩余"+queue.size()+"个元素");                 } catch (InterruptedException e) {                     e.printStackTrace();                 }             }         }     }           class Producer extends Thread{                   @Override         public void run() {             produce();         }                   private void produce() {             while(true){                 try {                     queue.put(1);                     System.out.println("向队列取中插入一个元素，队列剩余空间："+(queueSize-queue.size()));                 } catch (InterruptedException e) {                     e.printStackTrace();                 }             }         }     } }

 　　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。

3.实现原理：

这里只贴几段主要的代码，体会一下思想：

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/** Main lock guarding all access */ final ReentrantLock lock;   /** Condition for waiting takes */ private final Condition notEmpty;   /** Condition for waiting puts */ private final Condition notFull;

这3个变量很重要，ReentrantLock重入锁，notEmpty检查不为空的Condition 以及  notFull用来检查队列未满的Condition

Condition是一个接口，里面有二个重要的方法：
await() ： Causes the current thread to wait until it is signalled or interrupted. 即阻塞当前线程，直到被通知（唤醒）或中断

singal(): Wakes up one waiting thread. 唤醒阻塞的线程

再来看put方法：(jdk 1.8)

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public void put(E e) throws InterruptedException {     checkNotNull(e);     final ReentrantLock lock = this.lock;     lock.lockInterruptibly();     try {         while (count == items.length)             notFull.await();         enqueue(e);     } finally {         lock.unlock();     } }

1.先获取锁

2.然后用while循环检测元素个数是否等于items长度，如果相等，表示队列满了,调用notFull的await()方法阻塞线程

3.否则调用enqueue()方法添加元素

4.最后解锁

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private void enqueue(E x) {     // assert lock.getHoldCount() == 1;     // assert items[putIndex] == null;     final Object[] items = this.items;     items[putIndex] = x;     if (++putIndex == items.length)         putIndex = 0;     count++;     notEmpty.signal(); }

这是添加元素的代码（jdk 1.8）,注意最后一行notEmpty.signal()方法，表示添加完元素后，调用singal()通知等待（从队列中取元素）的线程，队列不空(有值)啦，可以来取东西了。

类似的take()与dequeue()方法则相当于逆过程（注：同样都是jdk 1.8）

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public E take() throws InterruptedException {     final ReentrantLock lock = this.lock;     lock.lockInterruptibly();     try {         while (count == 0)             notEmpty.await();         return dequeue();     } finally {         lock.unlock();     } }

类似的：

1. 先加锁

2. 如果元素个数为空，表示队列已空，调用notEmpty的await()阻塞线程，直接队列里又有新元素加入为止

3. 然后调用dequeue 从队列里删除元素

4. 解锁

dequeue方法：

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private E dequeue() {     // assert lock.getHoldCount() == 1;     // assert items[takeIndex] != null;     final Object[] items = this.items;     @SuppressWarnings("unchecked")     E x = (E) items[takeIndex];     items[takeIndex] = null;     if (++takeIndex == items.length)         takeIndex = 0;     count--;     if (itrs != null)         itrs.elementDequeued();     notFull.signal();     return x; }

倒数第2行，元素移除后，调用notFull.singnal唤醒等待（向队列添加元素的）线程，队列有空位了，可以向里面添加元素了。