本文主要講的是并發(fā)包中涉及到的集合，關(guān)于普通集合，請參考【java 集合概覽】

一、什么是BlockingQueue

BlockingQueue即阻塞隊列，從阻塞這個詞可以看出，在某些情況下對阻塞隊列的訪問可能會造成阻塞。被阻塞的情況主要有如下兩種：

1. 當隊列滿了的時候進行入隊列操作
2. 當隊列空了的時候進行出隊列操作

因此，當一個線程試圖對一個已經(jīng)滿了的隊列進行入隊列操作時，它將會被阻塞，除非有另一個線程做了出隊列操作；同樣，當一個線程試圖對一個空隊列進行出隊列操作時，它將會被阻塞，除非有另一個線程進行了入隊列操作。

在Java中，BlockingQueue的接口位于java.util.concurrent 包中(在Java5版本開始提供)，由上面介紹的阻塞隊列的特性可知，阻塞隊列是線程安全的。

二、BlockingQueue的用法

阻塞隊列主要用在生產(chǎn)者/消費者的場景，下面這幅圖展示了一個線程生產(chǎn)、一個線程消費的場景：

負責生產(chǎn)的線程不斷的制造新對象并插入到阻塞隊列中，直到達到這個隊列的上限值。隊列達到上限值之后生產(chǎn)線程將會被阻塞，直到消費的線程對這個隊列進行消費。同理，負責消費的線程不斷的從隊列中消費對象，直到這個隊列為空，當隊列為空時，消費線程將會被阻塞，除非隊列中有新的對象被插入。

三、BlockingQueue接口中的方法

阻塞隊列一共有四套方法分別用來進行insert、remove和examine，當每套方法對應(yīng)的操作不能馬上執(zhí)行時會有不同的反應(yīng)，下面這個表格就分類列出了這些方法：

這四套方法對應(yīng)的特點分別是：

1. ThrowsException：如果操作不能馬上進行，則拋出異常
2. SpecialValue：如果操作不能馬上進行，將會返回一個特殊的值，一般是true或者false
3. Blocks:如果操作不能馬上進行，操作會被阻塞
4. TimesOut:如果操作不能馬上進行，操作會被阻塞指定的時間，如果指定時間沒執(zhí)行，則返回一個特殊值，一般是true或者false

需要注意的是，我們不能向BlockingQueue中插入null，否則會報NullPointerException。

四、BlockingQueue的實現(xiàn)類

BlockingQueue只是java.util.concurrent包中的一個接口，而在具體使用時，我們用到的是它的實現(xiàn)類，當然這些實現(xiàn)類也位于java.util.concurrent包中。在Java6中，BlockingQueue的實現(xiàn)類主要有以下幾種：

1. ArrayBlockingQueue
2. DelayQueue
3. LinkedBlockingQueue
4. PriorityBlockingQueue
5. SynchronousQueue

下面我們就分別介紹這幾個實現(xiàn)類。

4.1 ArrayBlockingQueue

ArrayBlockingQueue是一個有邊界的阻塞隊列，它的內(nèi)部實現(xiàn)是一個數(shù)組。有邊界的意思是它的容量是有限的，我們必須在其初始化的時候指定它的容量大小，容量大小一旦指定就不可改變。

ArrayBlockingQueue是以先進先出的方式存儲數(shù)據(jù)，最新插入的對象是尾部，最新移出的對象是頭部。下面是一個初始化和使用ArrayBlockingQueue的例子：

BlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue(1024);
queue.put("1");
Object object = queue.take();

4.2 DelayQueue

DelayQueue阻塞的是其內(nèi)部元素，DelayQueue中的元素必須實現(xiàn) java.util.concurrent.Delayed接口，這個接口的定義非常簡單：

public interface Delayed extends Comparable<Delayed> {
long getDelay(TimeUnit unit);
}

getDelay()方法的返回值就是隊列元素被釋放前的保持時間，如果返回0或者一個負值，就意味著該元素已經(jīng)到期需要被釋放，此時DelayedQueue會通過其take()方法釋放此對象。

從上面Delayed 接口定義可以看到，它還繼承了Comparable接口，這是因為DelayedQueue中的元素需要進行排序，一般情況，我們都是按元素過期時間的優(yōu)先級進行排序。

例1：為一個對象指定過期時間

首先，我們先定義一個元素，這個元素要實現(xiàn)Delayed接口

public class DelayedElement implements Delayed {
 private long expired;
 private long delay;
 private String name;

 DelayedElement(String elementName, long delay) {
   this. name = elementName;
   this. delay= delay;
   expired = ( delay + System. currentTimeMillis());
 }

 @Override
 public int compareTo(Delayed o) {
  DelayedElement cached=(DelayedElement) o;
   return cached.getExpired()> expired?1:-1;
 }

 @Override
 public long getDelay(TimeUnit unit) {

   return ( expired - System. currentTimeMillis());
 }

 @Override
 public String toString() {
   return "DelayedElement [delay=" + delay + ", name=" + name + "]";
 }

 public long getExpired() {
   return expired;
 }

}

設(shè)置這個元素的過期時間為3s

public class DelayQueueExample {
 public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
  DelayQueue<DelayedElement> queue= new DelayQueue<>();
  DelayedElement ele= new DelayedElement( "cache 3 seconds",3000);
   queue.put( ele);
  System. out.println( queue.take());

 }
}

運行這個main函數(shù)，我們可以發(fā)現(xiàn)，我們需要等待3s之后才會打印這個對象。

其實DelayQueue應(yīng)用場景很多，比如定時關(guān)閉連接、緩存對象，超時處理等各種場景，下面我們就拿學生考試為例讓大家更深入的理解DelayQueue的使用。

例2：把所有考試的學生看做是一個DelayQueue，誰先做完題目釋放誰

首先，我們構(gòu)造一個學生對象

public class Student implements Runnable,Delayed{
 private String name; //姓名
 private long costTime;//做試題的時間
 private long finishedTime;//完成時間

 public Student(String name, long costTime) {
   this. name = name;
   this. costTime= costTime;
   finishedTime = costTime + System. currentTimeMillis();
 }

 @Override
 public void run() {
  System. out.println( name + " 交卷,用時" + costTime /1000);
 }

 @Override
 public long getDelay(TimeUnit unit) {
   return ( finishedTime - System. currentTimeMillis());
 }

 @Override
 public int compareTo(Delayed o) {
  Student other = (Student) o;
   return costTime >= other. costTime?1:-1;
 }

}

然后在構(gòu)造一個教師對象對學生進行考試

public class Teacher {
 static final int STUDENT_SIZE = 30;
 public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
  Random r = new Random();
  //把所有學生看做一個延遲隊列
  DelayQueue<Student> students = new DelayQueue<Student>();
  //構(gòu)造一個線程池用來讓學生們“做作業(yè)”
  ExecutorService exec = Executors.newFixedThreadPool(STUDENT_SIZE);
   for ( int i = 0; i < STUDENT_SIZE; i++) {
    //初始化學生的姓名和做題時間
    students.put( new Student( "學生" + (i + 1), 3000 + r.nextInt(10000)));
  }
  //開始做題
  while(! students.isEmpty()){
    exec.execute( students.take());
  }
   exec.shutdown();
 }
}

我們看一下運行結(jié)果：

學生2 交卷,用時3
學生1 交卷,用時5
學生5 交卷,用時7
學生4 交卷,用時8
學生3 交卷,用時11

通過運行結(jié)果我們可以發(fā)現(xiàn)，每個學生在指定開始時間到達之后就會“交卷”（取決于getDelay()方法），并且是先做完的先交卷（取決于compareTo()方法）。

通過查看其源碼可以看到，DelayQueue內(nèi)部實現(xiàn)用的是PriorityQueue和一個Lock：

4.3 LinkedBlockingQueue

LinkedBlockingQueue阻塞隊列大小的配置是可選的，如果我們初始化時指定一個大小，它就是有邊界的，如果不指定，它就是無邊界的。說是無邊界，其實是采用了默認大小為Integer.MAX_VALUE的容量 。它的內(nèi)部實現(xiàn)是一個鏈表。

和ArrayBlockingQueue一樣，LinkedBlockingQueue 也是以先進先出的方式存儲數(shù)據(jù)，最新插入的對象是尾部，最新移出的對象是頭部。下面是一個初始化和使LinkedBlockingQueue的例子：

BlockingQueue<String> unbounded = new LinkedBlockingQueue<String>();
BlockingQueue<String> bounded = new LinkedBlockingQueue<String>(1024);
bounded.put("Value");
String value = bounded.take();

4.4 PriorityBlockingQueue

PriorityBlockingQueue是一個沒有邊界的隊列，它的排序規(guī)則和 java.util.PriorityQueue一樣。需要注意，PriorityBlockingQueue中允許插入null對象。

所有插入PriorityBlockingQueue的對象必須實現(xiàn) java.lang.Comparable接口，隊列優(yōu)先級的排序規(guī)則就是按照我們對這個接口的實現(xiàn)來定義的。

另外，我們可以從PriorityBlockingQueue獲得一個迭代器Iterator，但這個迭代器并不保證按照優(yōu)先級順序進行迭代。

下面我們舉個例子來說明一下，首先我們定義一個對象類型，這個對象需要實現(xiàn)Comparable接口：

public class PriorityElement implements Comparable<PriorityElement> {
private int priority;//定義優(yōu)先級
PriorityElement(int priority) {
 //初始化優(yōu)先級
 this.priority = priority;
}
@Override
public int compareTo(PriorityElement o) {
 //按照優(yōu)先級大小進行排序
 return priority >= o.getPriority() ? 1 : -1;
}
public int getPriority() {
 return priority;
}
public void setPriority(int priority) {
 this.priority = priority;
}
@Override
public String toString() {
 return "PriorityElement [priority=" + priority + "]";
}
}

然后我們把這些元素隨機設(shè)置優(yōu)先級放入隊列中

public class PriorityBlockingQueueExample {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
 PriorityBlockingQueue<PriorityElement> queue = new PriorityBlockingQueue<>();
 for (int i = 0; i < 5; i++) {
  Random random=new Random();
  PriorityElement ele = new PriorityElement(random.nextInt(10));
  queue.put(ele);
 }
 while(!queue.isEmpty()){
  System.out.println(queue.take());
 }
}
}

看一下運行結(jié)果：

PriorityElement [priority=3]
PriorityElement [priority=4]
PriorityElement [priority=5]
PriorityElement [priority=8]
PriorityElement [priority=9]

4.5 SynchronousQueue

SynchronousQueue隊列內(nèi)部僅允許容納一個元素。當一個線程插入一個元素后會被阻塞，除非這個元素被另一個線程消費。

以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

最新評論