【JavaEE初阶】阻塞队列深度解析

阻塞队列是一种特殊的队列，遵守“先进先出”的原则。它是一种线程安全的数据结构，具有以下特性：

• 当队列满时，继续入队列会阻塞，直到其他线程从队列中取走元素。
• 当队列为空时，继续出队列也会阻塞，直到其他线程往队列中插入元素。

阻塞队列的一个典型应用场景是生产者消费者模型，这是一种常见的开发模式。

🌳生产者消费者模型

生产者消费者模式通过一个容器解决生产者和消费者的强耦合问题。耦合是模块之间的相互关联，紧耦合会增加维护成本，而松耦合则提高了系统的可维护性。生产者和消费者之间通过阻塞队列进行通信和协调，实现了解耦。

在该模型中，生产者生产完数据后直接将其放入阻塞队列，而消费者则从阻塞队列中取出数据进行处理，彼此之间无需直接通讯。

🍀Java标准库中的阻塞队列的使用

Java标准库中内置了阻塞队列，可直接使用。使用时需注意以下几点：

• BlockingQueue是一个接口，具体实现类有多种。
• put方法和take方法是阻塞式的入队列和出队列操作，当队列已满或为空时会阻塞。
• offer、poll、peek等方法不带有阻塞特性。

示例代码：

<code>BlockingQueue<String> queue = new LinkedBlockingQueue<>(); queue.put("abc"); // 入队列 String elem = queue.take(); // 出队列</code>

🚩标准库实现消费者生产者模型

使用Java标准库可以轻松实现生产者消费者模型。以下是一个简单的示例代码：

<code>public class ThreadDemo1 { public static void main(String[] args) { BlockingDeque<Integer> blockingQueue = new LinkedBlockingDeque<>(); Thread customer = new Thread(() -> { while(true) { try { int a = blockingQueue.take(); System.out.println("消费元素为：" + a); } catch (InterruptedException e) { throw new RuntimeException(e); } } }); Thread producer = new Thread(() -> { int n = 0; while(true) { try { System.out.println("生产元素为：" + n); blockingQueue.put(n++); Thread.sleep(500); } catch (InterruptedException e) { throw new RuntimeException(e); } } }); customer.start(); producer.start(); } }</code>

🍃阻塞队列的模拟实现

自己模拟实现阻塞队列时，需要考虑线程安全问题。可以使用synchronized关键字进行加锁控制，并在队列满或空时使用while循环进行判断和等待。

示例代码：

<code>public class MyBlockingQueue { private int[] items = new int[1000]; private int head = 0; private int tail = 0; private int size = 0; public synchronized void put(int value) throws InterruptedException { while (size == items.length) { this.wait(); } items[tail] = value; tail++; if (tail >= items.length) { tail = 0; } size++; this.notify(); } public synchronized Integer take() throws InterruptedException { while (size == 0) { this.wait(); } int result = items[head]; head++; if (head >= items.length) { head = 0; } size--; this.notify(); return result; } }</code>

测试代码：

<code>public class ThreadDemo2 { public static void main(String[] args) { MyBlockingQueue queue = new MyBlockingQueue(); Thread customer = new Thread(() -> { while (true) { try { int result = queue.take(); System.out.println("消费: " + result); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }); Thread producer = new Thread(() -> { int count = 0; while (true) {</code>
try { System.out.println("生产: " + count); queue.put(count); count++; Thread.sleep(500); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }); customer.start(); producer.start(); } }

测试结果显示了生产者和消费者的交替工作，实现了生产和消费的平衡。

⭕总结

阻塞队列是一种重要的数据结构，在多线程编程中具有广泛的应用。通过阻塞队列，可以实现生产者消费者模型，解耦生产者和消费者之间的关系，提高系统的可维护性和稳定性。Java标准库中提供了BlockingQueue接口，可直接使用内置的阻塞队列实现。自己模拟实现阻塞队列时需要考虑线程安全和阻塞等待的问题，可以通过加锁和wait/notify机制实现。