阻塞隊(duì)列 BlockingQueue

1. 前言

本節(jié)帶領(lǐng)大家認(rèn)識第三個(gè)常用的 Java 并發(fā)容器類之 BlockingQueue。

本節(jié)先介紹 BlockingQueue 工具類表達(dá)的概念和最基本用法，接著通過一個(gè)例子為大家解釋 BlockingQueue 工具類的使用場合，然后通過簡單的編碼實(shí)現(xiàn)此場景。

下面我們正式開始介紹吧。

2. 概念解釋

BlockingQueue 顧名思義，就是阻塞隊(duì)列。隊(duì)列的概念同我們?nèi)粘Ｉ钪械年?duì)列一樣。在計(jì)算機(jī)中，隊(duì)列具有先入先出的特征，不允許插隊(duì)的情況出現(xiàn)。在 Java 中，BlockingQueue 是一個(gè) interface 而非 class，它有很多實(shí)現(xiàn)類，如 ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue 等，這些實(shí)現(xiàn)類之間主要區(qū)別體現(xiàn)在存儲結(jié)構(gòu)或元素操作上，但入隊(duì)和出隊(duì)操作卻是類似的。

概念已經(jīng)了解了，BlockingQueue 工具類最基本的用法是怎樣的呢，我們以 LinkedBlockingQueue 實(shí)現(xiàn)類為例說明？看下面。

3. 基本用法

// 創(chuàng)建一個(gè) LinkedBlockingQueue 對象
LinkedBlockingQueue<String> linkedBlockingQueue = new LinkedBlockingQueue();
// 在不違反容量限制的情況下，可立即將指定元素插入此隊(duì)列，成功返回 true，當(dāng)無可用空間時(shí)候，返回 IllegalStateException 異常。
linkedBlockingQueue.add("car");
// 在不違反容量限制的情況下，可立即將指定元素插入此隊(duì)列，成功返回 true，當(dāng)無可用空間時(shí)候，返回 false。
linkedBlockingQueue.offer("car");
// 直接在隊(duì)列中插入元素，當(dāng)無可用空間時(shí)候，阻塞等待。
linkedBlockingQueue.put("car");
// 將給定元素在給定的時(shí)間內(nèi)設(shè)置到隊(duì)列中，如果設(shè)置成功返回 true，否則返回 false，超時(shí)后返回 fase。
linkedBlockingQueue.offer("car", 10, Timeunit.SECONDS);
// 獲取并移除隊(duì)列頭部的元素，無元素時(shí)候阻塞等待。
linkedBlockingQueue.take();
// 獲取并移除隊(duì)列頭部的元素，無元素時(shí)候阻塞等待指定時(shí)間。超時(shí)后返回 null。
linkedBlockingQueue.poll(10, Timeunit.SECONDS);

是不是很簡單，那 BlockingQueue 應(yīng)用在哪些場合比較合適呢？下面我們給出最常用的場景說明。

4. 常用場景

BlockingQueue 首先作為一個(gè)隊(duì)列，可以適用于任何需要隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的場合，其次其具有阻塞操作的特征，可用于線程間協(xié)同操作的場合。日常研發(fā)中，生產(chǎn)者消費(fèi)者模型常常使用 BlockingQueue 實(shí)現(xiàn)。我們通過一張圖了解其基本邏輯。

我們舉一個(gè)生活中汽車排隊(duì)加油的例子說明：每一個(gè)加油站臺就是一個(gè)阻塞隊(duì)列，汽車依次排隊(duì)進(jìn)入，先進(jìn)入的先出站。當(dāng)站臺滿了后繼車輛就需要排隊(duì)等待，當(dāng)前面的汽車加好油離開（出隊(duì)）后，后面的汽車進(jìn)入（入隊(duì)）開始加油。我們用 LinkedBlockingQueue 工具類實(shí)現(xiàn)，請看下面代碼。

5. 場景案例

import lombok.SneakyThrows;

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;

public class BlockingQueueTest {

    // 創(chuàng)建一個(gè) LinkedBlockingQueue 對象，用于汽車排隊(duì)
    private static LinkedBlockingQueue<String> linkedBlockingQueue = new LinkedBlockingQueue<>();

    // 主線程
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		// 汽車
        int carNumber = 1;
        while(carNumber < 5) {
            new Thread(new Runnable() {
                @SneakyThrows
                public void run() {
                    // 模擬用時(shí)
                    Thread.sleep(new Random().nextInt(1000));
                    // 汽車進(jìn)站排隊(duì)等待
                    linkedBlockingQueue.offer(Thread.currentThread().getName());
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：已經(jīng)排隊(duì)進(jìn)入收費(fèi)站臺，等候收費(fèi)...");
                }
            }, "汽車" + carNumber++).start();
        }

        // 收費(fèi)員
        new Thread(new Runnable() {
            @SneakyThrows
            public void run() {
                while(true) {
                    // 模擬用時(shí)
                    Thread.sleep(new Random().nextInt(1000));
                    // 汽車過收費(fèi)后出站
                    String car = linkedBlockingQueue.take();
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：汽車" + car + "已經(jīng)收費(fèi)完畢離開收費(fèi)站臺");
                }
            }
        }, "收費(fèi)員").start();

        // 信息展示
        new Thread(new Runnable() {
            @SneakyThrows
            public void run() {
                while(true) {
                    Thread.sleep(1000);
                    // 實(shí)時(shí)公示當(dāng)前車流排隊(duì)情況
                    int howMany = linkedBlockingQueue.size();
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "：當(dāng)前還" + howMany + "輛在等候過站");
                }
            }
        }, "大屏").start();

        Thread.sleep(1000000);
    }
}

運(yùn)行上面代碼，我們觀察一下運(yùn)行結(jié)果。

汽車1：已經(jīng)排隊(duì)進(jìn)入收費(fèi)站臺，等候收費(fèi)...
汽車2：已經(jīng)排隊(duì)進(jìn)入收費(fèi)站臺，等候收費(fèi)...
汽車4：已經(jīng)排隊(duì)進(jìn)入收費(fèi)站臺，等候收費(fèi)...
收費(fèi)員：汽車汽車1已經(jīng)收費(fèi)完畢離開收費(fèi)站臺
汽車3：已經(jīng)排隊(duì)進(jìn)入收費(fèi)站臺，等候收費(fèi)...
大屏：當(dāng)前還3輛在等候過站
收費(fèi)員：汽車汽車2已經(jīng)收費(fèi)完畢離開收費(fèi)站臺
大屏：當(dāng)前還2輛在等候過站
收費(fèi)員：汽車汽車4已經(jīng)收費(fèi)完畢離開收費(fèi)站臺
收費(fèi)員：汽車汽車3已經(jīng)收費(fèi)完畢離開收費(fèi)站臺
大屏：當(dāng)前還0輛在等候過站

觀察結(jié)果，和我們的預(yù)期一致。

6. 小結(jié)

本節(jié)通過一個(gè)簡單的例子，介紹了 BlockingQueue 接口以及一個(gè)具體的實(shí)現(xiàn)類 LinkedBlockingQueue 的使用場景和基本用法，其他實(shí)現(xiàn)了 BlockingQueue 接口的實(shí)現(xiàn)類都類似。希望大家在學(xué)習(xí)過程中，多思考勤練習(xí)，早日掌握之。