德清网站建设中心,山西教育平台网站建设,网站服务器如何选择,wordpress怎么注册用户名阻塞队列
阻塞队列概述
阻塞队列也是一种队列#xff0c;和普通队列一样遵循先进先出的原则#xff0c;但是阻塞队列相较于普通队列多了两项功能阻塞添加和阻塞移除#xff0c;使得阻塞队列成为一种线程安全的数据结构
阻塞添加#xff1a;当队列满的时候继续入队就会阻…阻塞队列
阻塞队列概述
阻塞队列也是一种队列和普通队列一样遵循先进先出的原则但是阻塞队列相较于普通队列多了两项功能阻塞添加和阻塞移除使得阻塞队列成为一种线程安全的数据结构
阻塞添加当队列满的时候继续入队就会阻塞等待直到有线程从队列中取走一个元素之后队列才能重新添加新元素阻塞移除当队列为空时继续出队此时也会阻塞等待直到有线程在队列中添加新的元素之后队列才可以继续删除元素 生产者消费者模型
生产者消费者模型就是通过一个中间容器来解决生产者和消费者之间的强耦合作用。
生产者和消费者不直接接触而是由这个中间容器来完成二者之间的交流生产者将生产的数据直接扔到中间容器里消费者直接从中间容器里拿数据。 这里的中间容器就相当于是一个仓库当生产者生产的数据太多时仓库满了此时再向仓库内输入数据就会阻塞相反当仓库为空时消费者在向仓库索要数据也会发生阻塞。这样就可以很好的平衡两者之间的处理能力。
生产者的生产速率和消费者的消费速率往往是不同的难免会出现生产速率暴增或消费效率暴增的情况(比如各大电商平台的双11活动)这时如果让生产者和消费者直接对接很有可能就会出现问题(比如服务器挂掉)所以要使用这样一个中间容器来平衡生产者可以按照自己的速率向容器中填充数据消费者也可以按照自己的速率拿取数据。
阻塞队列的作用
解耦合
把阻塞队列封装成单独的服务器程序将服务器a接收到的指令传给阻塞队列再将指令从阻塞队列传到服务器b此时耦合就会被降低如果b这边出现问题就不会对a产生直接影响
削峰填谷
举个例子 假如在某电商平台的双11活动此时用户发送的请求会突然暴增如果服务器a收到的每一个请求都发给服务器b那么a和b所接触到的访问量就一样了虽然ab的访问量一样但是可能由于a和b上所跑的业务可能不一样就会导致单个访问所消耗的硬件资源不一样最终造成A可以承受住这些访问量但是b不可以。比如b要操作数据库数据库本身就是分布式系统中相对脆弱的环节。 如果此时使用阻塞队列A将收到的大量请求先写入到队列中b就可以按照之前的节奏来处理请求
削峰就相当于阻塞队列帮b承担了来自a的大量访问的压力B可以按照之前的速度来进行处理而且像上述峰值的情况一般不会持续存在只会短时间出现。填谷就相当于峰值之后a的请求量就恢复正常或者降低了b就可以逐渐的把积压的数据都给处理掉
标准库中的阻塞队列
在 Java 标准库中内置了阻塞队列. 如果我们需要在一些程序中使用阻塞队列, 直接使用标准库中的即可.
LinkedBlockingQueue 链表实现的阻塞队列LinkedTransferQueue 链表实现的无界阻塞队列ArrayBlockingQueue 顺序表实现的有界阻塞队列PriorityBlockingQueue 支持优先级排序的阻塞队列(由堆实现)synchronousQueue 不存储元素的阻塞队列每次入队操作必须伴随一个出队操作
//比较常用的就是 LinkedBlockingQueue
一般使用的BlockingQueue只是一个接口真正实现的类是LinkedBlockingQueue
阻塞队列常用的阻塞入队操作是put阻塞出队操作是take
实现阻塞队列
环形队列
博主这里使用数组环形队列来实现一个阻塞队列环形队列是一种特殊的队列在逻辑上是环形的数组首尾相连但是实际上是一个定长的数组环形队列依然保持队列先入先出的特点。
下面我通过画图来描绘一下 定义一个head表示队头在定义一个tail表示队尾(实际上是指向队尾的下一个位置)在初始状态下队列为空head和tail重合 入队列操作就是先在tail处插入新的元素然后让tail。出队列就是把head位置的数据删除掉直接让head就行(逻辑删除),已经删除的数据会被之后插入的数据覆盖掉当head和tail再一次重和就意味着队列为空了。数组内真正有效的数据就是区间[head,tail)内的数据。 但是这样做还有一个问题当队列满的时候 此时head和tail就又重合了队列空的时候他俩重合队列满的时候他俩也是重合这样似乎就不太好判断队列究竟是满还是空。这里有两种方法可以解决
浪费一个格子让tail指向head前一个时队列就算满了专门定义一个变量size来表示队列里的有效元素个数当size0时队列为空size”数组长度“时为满
两种方法都可以这里我采用的是第二种方法
代码展示
public class AnnularQueue {private String[] elems new String[100];//队首private int head 0;//队尾private int tail 0;//有效元素个数private int size 0;//入队方法public void put(String elem) throws InterruptedException {//当队列已满时if(size elems.length) {return;}//将元素插入队尾elems[tail] elem;tail;//超过数组长度后回到数组首位if(tail elems.length) {tail 0;}//有效元素总数加一size;}//出队方法public String tack() throws InterruptedException {String elem null;//当队列为空时if(size 0) {return elem;}//出队(逻辑删除)elem elems[head];head;if(head elems.length) {//回到数组首位head 0;}//存入后有效元素总数加一size--;//返回取出的元素return elem;}}
实现阻塞队列
之前有提到阻塞队列的特点在于当队列为满和为空时都会进行阻塞等待所以我们只需要在刚刚实现的环形队列上加入这个功能就行。
代码展示
class MyBlockingQueue{private String[] data new String[1000];private volatile int head 0;private volatile int tail 0;private volatile int size 0;public void put(String elem) throws InterruptedException {synchronized (this){//队列是否满了//为了确认wait在唤醒之后还可以再确认条件是否成立while(size data.length){//如果是普通队列就直接返回//return;//如果是阻塞队列就直接waitthis.wait();}data[tail] elem;tail;size;//如果tail自增之后到达数组末尾就让tail重新回到数组开头if(tail data.length){tail 0;}//这个notify是用来唤醒因为队列为空而引起的阻塞//take中的waitthis.notify();}}public String take() throws InterruptedException {synchronized (this){//队列是否为空//while(size 0){//如果是普通队列就直接返回空//return null;//如果是阻塞队列就直接等待this.wait();}//队列不为空就去返回队首head处数据String elem data[head];head;size--;if(head data.length){head 0;}//这个notify是用来唤醒因队列满而阻塞的wait//put中的waitthis.notify();return elem;}}
}
既然我们要在队列满和空时让队列阻塞那么就要使用wait来让调用该方法的线程等待阻塞 但是不能就这样一直等待下去还要使用notify来解除等待根据最开始的分析当队列因为出队操作而阻塞时就要等待其他线程进行入队操作当队列因为入队操作阻塞时就要等待其他线程进行出队操作。那么我们在tack和put操作最后各加上一个notify这样就可以实现上面的功能了。因为如果队列处在阻塞状态下必然是因为满了或者为空而且必须是在其他线程完成tack/put操作之后在可以使用notify解阻塞。 put的notify用来唤醒因为tack而引起的阻塞tack的notify用来唤醒因为put而引起的阻塞 这里还有一个问题wait一定会被notify唤醒吗或者说只有notify可以唤醒wait吗
当然不止还会因为interrupt方法直接中断当前的线程不过我们刚刚使用了throws InterruptedException会使线程直接报异常然后结束整个方法这样是没问题的但是如果使用try-catch就会处bug了。 此时方法并不会结束而是会继续往下执行如果队列已经满了的话队列的最后一个元素就会被新插入的元素覆盖掉但是被覆盖的元素并不是一个无效元素而且此时size也比数组长度大这样显然是不合理的。 所以在这种情况下我们要注意当前唤醒wait是notify还是interrupt如果是notify证明此时队列已经不满可以继续插入元素如果是interrupt唤醒则此时队列还是瞒着的如果插入元素就会出现问题。 虽然我们刚刚使用的是throws直接抛出异常这样就算是interrupt唤醒的也没什么大事但是以防万一我们还是要处理一下这个问题。 处理的方法也很简单当wait被唤醒之后再判断一次队列是否为满要是为满就继续wait因为wait也可能被interrupt连续唤醒好几次所以我们直接使用while作为判断语句直到队列不满时才可以进行新的入队操作 到这里我们简单实现的一个阻塞队列就算完成了接下来我们使用这个阻塞队列来实现一个简单的生产者消费者模型
实现生产者消费者模型
//实现生产者消费这模式MyBlockingQueue blockingQueue new MyBlockingQueue();//生产者Thread t1 new Thread(() - {int num 0;while (true){try {//生产数据blockingQueue.put(num );//转换为字符System.out.println(生产 num);num;Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}});//消费者Thread t2 new Thread(() - {while (true){try {//消费数据String elem blockingQueue.take();System.out.println(消费 elem);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}});t1.start();t2.start(); //可以通过sleep来调整生产速率和消费速率 运行结果 可以看到我刚刚的代码是消费速率远大于生产速率(生产速率是每秒生产1)所以结果会按照生产速率来执行.
接着我们调整速率这次是生产速率是按照编译器执行的速度消费速率是每0.5秒消费1 可以看到生产者瞬间生产了1000个数据但是消费者任然按照自己的速率去执行这里阻塞队列就起到了一个削峰填谷的作用 以上就是博主对阻塞队列知识的分享如果有不懂的或者有其他见解的欢迎在下方评论或者私信博主也希望多多支持博主之后和博客
