阻塞队列的使用和实现

阻塞队列是一种特殊的队列，其遵循“先入先出”的原则。

阻塞队列也是一种线程安全的数据结构，具有以下特性：

• 队列为满，入队列产生阻塞，直至其他线程从队列中取走元素
• 队列为空，出队列产生阻塞，直至其他线程往队列中插入元素

“生产者消费者模型”是阻塞队列的一个典型应用场景，该模型也是一个典型的开发模型。

生产者消费者模型

生产者消费者模型就是通过一个中间容器来解决生产者和消费者之间的强耦合问题。

这个中间容器通过阻塞队列实现，从而使生产者和消费者之间不进行直接通讯。

阻塞队列的作用：

1. 阻塞队列相当于一个缓冲区，平衡了生产者和消费者的处理能力（削峰填谷）
2. 阻塞队列使生产者和消费者之间解耦

阻塞队列的缺点：

1. 引入队列以后，代码整体结构变复杂
2. 程序执行效率有所影响

阻塞队列的使用

Java的标准库中，提供了现成的阻塞队列。

• BlockingQueue是一个接口，真正实现的类有：LinkedBlockingQueue（链表实现），ArrayBlockingQueue（数组实现），PriorityBlockingQueue（堆实现）等等。
• 队列的出操作是poll，入队列操作是offer，但是阻塞队列使用的分别时take和put，这两个方法是带有阻塞功能的出入队列操作。

public class demo1 { public static void main(String[] args) { //创建阻塞队列 BlockingQueue<Integer> queue = new LinkedBlockingQueue<>(1000); //生产者线程 Thread producer = new Thread(() -> { int n = 0; while (true) { try { queue.put(n); System.out.println("生产元素 " + n); n++; } catch (InterruptedException e) { throw new RuntimeException(e); } } }, "procducer"); //消费者线程 Thread consumer = new Thread(() -> { while(true){ try { int n = queue.take(); System.out.println("消费元素 " + n); } catch (InterruptedException e) { throw new RuntimeException(e); } } }, "consumer"); producer.start(); consumer.start(); } }

阻塞队列的简单实现

• 使用“循环队列”实现
• 使用synchronized加锁保证线程安全
• 注意这里的wait()搭配while使用，而不能搭配if使用，是由于notifyAll会将所有的wait唤醒，只有其中一个线程会put，而等到其他被唤醒的线程拿到锁之后，还需要确认一下容量是否已满，满的话还需要阻塞等待。

class BlockingQueue { private int[] item = new int[1000]; private volatile int head = 0; private volatile int tail = 0; private volatile int size = 0; //生产元素 public void put(int value) throws InterruptedException { synchronized (this) { while (size == item.length) { this.wait(); } item[tail] = value; tail++; if (tail == item.length) { tail = 0; } size++; notifyAll(); } } //消费元素 public int take() throws InterruptedException { synchronized (this) { while (size == 0) { this.wait(); } int ret = item[head]; head++; if(head == item.length){ head = 0; } size--; notifyAll(); return ret; } } //获取内部属性 public synchronized int getSize() { return size; } }