Queue是什么

隊(duì)列，是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。除了優(yōu)先級(jí)隊(duì)列和LIFO隊(duì)列外，隊(duì)列都是以FIFO（先進(jìn)先出）的方式對(duì)各個(gè)元素進(jìn)行排序的。

無論使用哪種排序方式，隊(duì)列的頭都是調(diào)用remove()或poll()移除元素的。在FIFO隊(duì)列中，所有新元素都插入隊(duì)列的末尾。

Queue中的方法

Queue中的方法不難理解，6個(gè)，每2對(duì)是一個(gè)也就是總共3對(duì)?？匆幌翵DK API就知道了：

注意一點(diǎn)就好，Queue通常不允許插入Null，盡管某些實(shí)現(xiàn)（比如LinkedList）是允許的，但是也不建議。

BlockingQueue

1、BlockingQueue概述

只講BlockingQueue，因?yàn)锽lockingQueue是Queue中的一個(gè)重點(diǎn)，并且通過BlockingQueue我們?cè)俅渭由顚?duì)于生產(chǎn)者/消費(fèi)者模型的理解。其他的Queue都不難，通過查看JDK API和簡(jiǎn)單閱讀源碼完全可以理解他們的作用。

BlockingQueue，顧名思義，阻塞隊(duì)列。BlockingQueue是在java.util.concurrent下的，因此不難理解，BlockingQueue是為了解決多線程中數(shù)據(jù)高效安全傳輸而提出的。

多線程中，很多場(chǎng)景都可以使用隊(duì)列實(shí)現(xiàn)，比如經(jīng)典的生產(chǎn)者/消費(fèi)者模型，通過隊(duì)列可以便利地實(shí)現(xiàn)兩者之間數(shù)據(jù)的共享，定義一個(gè)生產(chǎn)者線程，定義一個(gè)消費(fèi)者線程，通過隊(duì)列共享數(shù)據(jù)就可以了。

當(dāng)然現(xiàn)實(shí)不可能都是理想的，比如消費(fèi)者消費(fèi)速度比生產(chǎn)者生產(chǎn)的速度要快，那么消費(fèi)者消費(fèi)到 一定程度上的時(shí)候，必須要暫停等待一下了（使消費(fèi)者線程處于WAITING狀態(tài)）。BlockingQueue的提出，就是為了解決這個(gè)問題的，他不用程序員去控制這些細(xì)節(jié)，同時(shí)還要兼顧效率和線程安全。

阻塞隊(duì)列所謂的"阻塞"，指的是某些情況下線程會(huì)掛起（即阻塞），一旦條件滿足，被掛起的線程又會(huì)自動(dòng)喚醒。使用BlockingQueue，不需要關(guān)心什么時(shí)候需要阻塞線程，什么時(shí)候需要喚醒線程，這些內(nèi)容BlockingQueue都已經(jīng)做好了

2、BlockingQueue中的方法

BlockingQueue既然是Queue的子接口，必然有Queue中的方法，上面已經(jīng)列了?？匆幌翨lockingQueue中特有的方法：

（1）void put(E e) throws InterruptedException

把e添加進(jìn)BlockingQueue中，如果BlockingQueue中沒有空間，則調(diào)用線程被阻塞，進(jìn)入等待狀態(tài)，直到BlockingQueue中有空間再繼續(xù)

（2）void take() throws InterruptedException

取走BlockingQueue里面排在首位的對(duì)象，如果BlockingQueue為空，則調(diào)用線程被阻塞，進(jìn)入等待狀態(tài)，直到BlockingQueue有新的數(shù)據(jù)被加入

（3）int drainTo(Collection<? super E> c, int maxElements)

一次性取走BlockingQueue中的數(shù)據(jù)到c中，可以指定取的個(gè)數(shù)。通過該方法可以提升獲取數(shù)據(jù)效率，不需要多次分批加鎖或釋放鎖

3、ArrayBlockingQueue

基于數(shù)組的阻塞隊(duì)列，必須指定隊(duì)列大小。比較簡(jiǎn)單。ArrayBlockingQueue中只有一個(gè)ReentrantLock對(duì)象，這意味著生產(chǎn)者和消費(fèi)者無法并行運(yùn)行（見下面的代碼）。另外，創(chuàng)建ArrayBlockingQueue時(shí)，可以指定ReentrantLock是否為公平鎖，默認(rèn)采用非公平鎖。

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

4、LinkedBlockingQueue

基于鏈表的阻塞隊(duì)列，和ArrayBlockingQueue差不多。不過LinkedBlockingQueue如果不指定隊(duì)列容量大小，會(huì)默認(rèn)一個(gè)類似無限大小的容量，之所以說是類似是因?yàn)檫@個(gè)無限大小是Integer.MAX_VALUE，這么說就好理解ArrayBlockingQueue為什么必須要制定大小了，如果ArrayBlockingQueue不指定大小的話就用Integer.MAX_VALUE，那將造成大量的空間浪費(fèi)，但是基于鏈表實(shí)現(xiàn)就不一樣的，一個(gè)一個(gè)節(jié)點(diǎn)連起來而已。另外，LinkedBlockingQueue生產(chǎn)者和消費(fèi)者都有自己的鎖（見下面的代碼），這意味著生產(chǎn)者和消費(fèi)者可以"同時(shí)"運(yùn)行。

/** Lock held by take, poll, etc */
private final ReentrantLock takeLock = new ReentrantLock();
/** Wait queue for waiting takes */
private final Condition notEmpty = takeLock.newCondition();
/** Lock held by put, offer, etc */
private final ReentrantLock putLock = new ReentrantLock();
/** Wait queue for waiting puts */
private final Condition notFull = putLock.newCondition();

5、SynchronousQueue

比較特殊，一種沒有緩沖的等待隊(duì)列。什么叫做沒有緩沖區(qū)，ArrayBlocking中有：

/** The queued items  */
private final E[] items;

數(shù)組用以存儲(chǔ)隊(duì)列。LinkedBlockingQueue中有：

/**
 * Linked list node class
 */
static class Node<E> {
    /** The item, volatile to ensure barrier separating write and read */
    volatile E item;
    Node<E> next;
    Node(E x) { item = x; }
}

將隊(duì)列以鏈表形式連接。

生產(chǎn)者/消費(fèi)者操作數(shù)據(jù)實(shí)際上都是通過這兩個(gè)"中介"來操作數(shù)據(jù)的，但是SynchronousQueue則是生產(chǎn)者直接把數(shù)據(jù)給消費(fèi)者（消費(fèi)者直接從生產(chǎn)者這里拿數(shù)據(jù)），好像又回到了沒有生產(chǎn)者/消費(fèi)者模型的老辦法了。換句話說，每一個(gè)插入操作必須等待一個(gè)線程對(duì)應(yīng)的移除操作。

SynchronousQueue又有兩種模式：

1、公平模式

采用公平鎖，并配合一個(gè)FIFO隊(duì)列（Queue）來管理多余的生產(chǎn)者和消費(fèi)者

2、非公平模式

采用非公平鎖，并配合一個(gè)LIFO棧（Stack）來管理多余的生產(chǎn)者和消費(fèi)者，這也是SynchronousQueue默認(rèn)的模式

利用BlockingQueue實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)者消費(fèi)者模型

上一篇我們寫的生產(chǎn)者消費(fèi)者模型有局限，局限體現(xiàn)在：

1、緩沖區(qū)內(nèi)只能存放一個(gè)數(shù)據(jù)，實(shí)際生產(chǎn)者/消費(fèi)者模型中的緩沖區(qū)內(nèi)可以存放大量生產(chǎn)者生產(chǎn)出來的數(shù)據(jù)

2、生產(chǎn)者和消費(fèi)者處理數(shù)據(jù)的速度幾乎一樣

OK，我們就用BlockingQueue來簡(jiǎn)單寫一個(gè)例子，并且讓生產(chǎn)者、消費(fèi)者處理數(shù)據(jù)速度不同。子類選擇的是ArrayBlockingQueue，大小定為10：

public static void main(String[] args)
{
    final BlockingQueue<String> bq = new ArrayBlockingQueue<String>(10);
    Runnable producerRunnable = new Runnable()
    {
        int i = 0;
        public void run()
        {
            while (true)
            {
                try
                {
                    System.out.println("我生產(chǎn)了一個(gè)" + i++);
                    bq.put(i + "");
                    Thread.sleep(1000);
                } 
                catch (InterruptedException e)
                {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    };
    Runnable customerRunnable = new Runnable()
    {
        public void run()
        {
            while (true)
            {
                try
                {
                    System.out.println("我消費(fèi)了一個(gè)" + bq.take());
                    Thread.sleep(3000);
                } 
                catch (InterruptedException e)
                {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    };
    Thread producerThread = new Thread(producerRunnable);
    Thread customerThread = new Thread(customerRunnable);
    producerThread.start();
    customerThread.start();
}

代碼的做法是讓生產(chǎn)者生產(chǎn)速度快于消費(fèi)者消費(fèi)速度的，看一下運(yùn)行結(jié)果：

我生產(chǎn)了一個(gè)0
我消費(fèi)了一個(gè)1
我生產(chǎn)了一個(gè)1
我生產(chǎn)了一個(gè)2
我消費(fèi)了一個(gè)2
我生產(chǎn)了一個(gè)3
我生產(chǎn)了一個(gè)4
我生產(chǎn)了一個(gè)5
我消費(fèi)了一個(gè)3
我生產(chǎn)了一個(gè)6
我生產(chǎn)了一個(gè)7
我生產(chǎn)了一個(gè)8
我消費(fèi)了一個(gè)4
我生產(chǎn)了一個(gè)9
我生產(chǎn)了一個(gè)10
我生產(chǎn)了一個(gè)11
我消費(fèi)了一個(gè)5
我生產(chǎn)了一個(gè)12
我生產(chǎn)了一個(gè)13
我生產(chǎn)了一個(gè)14
我消費(fèi)了一個(gè)6
我生產(chǎn)了一個(gè)15
我生產(chǎn)了一個(gè)16
我消費(fèi)了一個(gè)7
我生產(chǎn)了一個(gè)17
我消費(fèi)了一個(gè)8
我生產(chǎn)了一個(gè)18

分兩部分來看輸出結(jié)果：

1、第1行~第23行。這塊BlockingQueue未滿，所以生產(chǎn)者隨便生產(chǎn)，消費(fèi)者隨便消費(fèi)，基本上都是生產(chǎn)3個(gè)消費(fèi)1個(gè)，消費(fèi)者消費(fèi)速度慢

2、第24行~第27行，從前面我們可以看出，生產(chǎn)到16，消費(fèi)到6，說明到了ArrayBlockingQueue的極限10了，這時(shí)候沒辦法，生產(chǎn)者生產(chǎn)一個(gè)ArrayBlockingQueue就滿了，所以不能繼續(xù)生產(chǎn)了，只有等到消費(fèi)者消費(fèi)完才可以繼續(xù)生產(chǎn)。所以之后的打印內(nèi)容一定是一個(gè)生產(chǎn)者、一個(gè)消費(fèi)者

這就是前面一章開頭說的"通過平衡生產(chǎn)者和消費(fèi)者的處理能力來提高整體處理數(shù)據(jù)的速度"，這給例子應(yīng)該體現(xiàn)得很明顯。另外，也不要擔(dān)心非單一生產(chǎn)者/消費(fèi)者場(chǎng)景下的系統(tǒng)假死問題，緩沖區(qū)空、緩沖區(qū)滿的場(chǎng)景BlockingQueue都是定義了不同的Condition，所以不會(huì)喚醒自己的同類。

到此這篇關(guān)于java多線程中的生產(chǎn)者和消費(fèi)者隊(duì)列詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)java多線程的生產(chǎn)者和消費(fèi)者內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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