多線程學習（七）阻塞隊列

目錄

• 阻塞隊列
• • 應用場景
  • • 模拟一個場景
    • 總結
  • JUC中的阻塞隊列
  • ArrayBlockingQueue 原理分析

阻塞隊列

• 基本概念：阻塞隊列（BlockingQueue） 是一個支援兩個附加操作的隊列。這兩個附加的操作是：在隊列為空時，擷取元素的線程會等待隊列變為非空。當隊列滿時，存儲元素的線程會等待隊列可用。阻塞隊列常用于生産者和消費者的場景，生産者是往隊列裡添加元素的線程，消費者是從隊列裡拿元素的線程。阻塞隊列就是生産者存放元素的容器，而消費者也隻從容器裡拿元素。

應用場景

模拟一個場景

• 場景：當使用者注冊的時候，不僅要注冊也要發送獎勵金，根據這個操作進行模拟
• 原本的做法：

  

  • 缺點：
    • 性能：在注冊這個環節裡面，假如添加使用者需要花費 1 秒鐘，增加積分需要花費 1 秒鐘，那麼整個注冊結果的傳回就可能需要大于22秒，雖然影響不是很大，但是在量比較大的時候，我們也需要做一些優化。
    • 代碼耦合：添加使用者和增加積分，可以認為是兩個操作，也就是說，增加積分并不是注冊必須要具備的功能，但是一旦增加積分這個邏輯出現異常，就會導緻注冊失敗。這種耦合在程式設計的時候是一定要規避的。
• 而加入阻塞隊列的做法：通過異步的方式，實作獎勵金發放的功能，減少使用者時常

  

總結

阻塞隊列這塊的應用場景，比較多的仍然是對于生産者消費者場景的應用，但是由于分布式架構的普及，是的大家更多的關注在分布式消息隊列上。 是以其實如果把阻塞隊列比作成分布式消息隊列的話，那麼所謂的生産者和消費者其實就是基于阻塞隊列的解耦。另外，阻塞隊列是一個fifo 的隊列，是以對于希望線上程級别需要實作對目标服務的順序通路的場景中，也可以使用

JUC中的阻塞隊列

• JUC中有七種阻塞隊列

1. ArrayBlockingQueue：數組實作的有界阻塞隊列, 此隊列按照先進先出（FIFO）的原則對元素進行排序。
2. LinkedBlockingQueue：連結清單實作的有界阻塞隊列, 此隊列的預設和最大長度為Integer.MAX_VALUE。此隊列按照先進先出的原則對元素進行排序
3. PriorityBlockingQueue：支援優先級排序的無界阻塞隊列, 預設情況下元素采取自然順序升序排列。也可以自定義類實作compareTo()方法來指定元素排序規則，或者初始化PriorityBlockingQueue時，指定構造參數Comparator來對元素進行排序。
4. DelayQueue：優先級隊列實作的無界阻塞隊列
5. SynchronousQueue：不存儲元素的阻塞隊列, 每一個put操作必須等待一個take操作，否則不能繼續添加元素。
6. LinkedTransferQueue：連結清單實作的無界阻塞隊列
7. LinkedBlockingDeque：連結清單實作的雙向阻塞隊列

ArrayBlockingQueue 原理分析

1. 構造方法：構造阻塞隊列的方法，有三個
   • 第一個傳遞 capacity，表示數組的長度，也就是隊列的長度

     

   • 第二個傳遞 capacity 和 fair，fair 表示 ：表示是否為公平的阻塞隊列，預設情況下構造的是非公平的阻塞隊列。

     

   • 第三個傳遞 capacity ，fair 和 Collection<? extends E> c，提供了接收一個幾個作為資料初始化的方法

     

2. add（）：添加元素，主要還是調用父類的add（）方法

   

   • 父類的 add（）方法

     

   • 主要還是判斷offer（）方法是否true，也就是通過offer（）方法進行添加

     

     • 第一步設定重入鎖
     • 第二步鎖上
     • 第三步進行判斷，如果超過數組大小就傳回false
     • 第四步如果數組中有位置就進行 enqueue（）方法

       

       • 第一步拿到數組
       • 第二步将資料放入對應下标的數組
       • 第三步判斷是否到了數組的最大值
       • 第四步将隊列中的元素加1
       • 第五步喚醒處于等待狀态下的線程，表示目前隊列中的元素不為空,如果存在消費者線程阻塞，就可以開始取出元素
     • 第五步傳回true
     • 第六步執行finally 将鎖釋放
3. put：put 方法和 add 方法功能一樣，差異是 put 方法如果隊列滿了，會阻塞。

   

   • 第一步判斷這個元素是否存在
   • 第二步加入重入鎖
   • 第三步獲得鎖，但是lock的差別是，這個方法優先允許在等待時由其他線程調用等待線程的interrupt方法來中斷等待直接傳回。而lock方法是嘗試獲得鎖成功後才響應中斷。
   • 第四步如果隊列滿了就開始循環等待，也就是阻塞
   • 第五步阻塞完成或者隊列為空就添加資料
   • 第六步釋放鎖
4. take：方法是一種阻塞擷取隊列中元素的方法，它的實作原理很簡單，有就删除沒有就阻塞，注意這個阻塞是可以中斷的，如果隊列沒有資料那麼就加入 notEmpty 條件隊列等待 有資料就直接取走，方法結束，如果有新的 put 線程添加了資料，那麼 put 操作将會喚醒 take 線程，執行 take 操作。如果隊列中添加了元素，那麼這個時候，會在enqueue 中調用 notempty .signal 喚醒 take 線程來獲得元素

   

   • 第一步 擷取重入鎖
   • 第二步 獲得鎖，這個鎖是可以中斷的
   • 第三步 如果隊列沒有元素，就阻塞
   • 第四步 如果隊列有元素就執行 dequeue（）方法，這個是出隊列的方法，主要是删除隊列頭部的元素并發傳回給用戶端

     

     • 第一步 擷取元素，預設為0
     • 第二步 将這個位置的數組元素設定為null
     • 第三步 如果索引大于隊列最大值，就設定為0，相當于将索引從隊尾移到隊首
     • 第四步 隊列元素數量減一
     • 第五步 同時将資料更新到疊代器中
     • 第六步 喚醒因為隊列滿了的線程
     • 第七步 傳回取到的元素
   • 第五步 釋放鎖
5. remove：方法是移除一個指定元素。

   

   • 第一步 如果傳入的元素為空，就傳回 false
   • 第二步 獲得重入鎖
   • 第三步 判斷隊列中有沒有元素
   • 第四步 進行循環查找，找到元素就删除并且傳回 true
   • 第五步 釋放鎖