nike网站建设方案,成都管控最新通告,网站开发知识培训,wordpress更改默认头像在Java并发编程中#xff0c;ArrayBlockingQueue是一个非常常用的工具类。它是一个由数组支持的有界阻塞队列#xff0c;提供了线程安全的队列操作。
1.ArrayBlockingQueue概述
ArrayBlockingQueue是一个基于数组实现的阻塞队列#xff0c;它继承自AbstractQueue并实现了B…在Java并发编程中ArrayBlockingQueue是一个非常常用的工具类。它是一个由数组支持的有界阻塞队列提供了线程安全的队列操作。
1.ArrayBlockingQueue概述
ArrayBlockingQueue是一个基于数组实现的阻塞队列它继承自AbstractQueue并实现了BlockingQueue接口。这个队列在创建时需要指定一个固定的大小之后这个大小就不能再改变了。当队列满时如果再有新的元素试图加入队列那么这个操作会被阻塞同样地如果队列为空那么从队列中取元素的操作也会被阻塞。这种特性使得ArrayBlockingQueue非常适合作为生产者-消费者模式中的缓冲区。
2.ArrayBlockingQueue的核心特性
2.1.线程安全性
ArrayBlockingQueue是线程安全的它通过内部锁机制保证了在多线程环境下的安全性。因此在多线程环境中你可以放心地使用它而不需要担心数据的一致性问题。
2.2.阻塞控制
ArrayBlockingQueue提供了阻塞控制机制。当队列满时尝试向队列中添加元素的线程会被阻塞直到队列中有空间可用同样当队列为空时尝试从队列中取出元素的线程也会被阻塞直到队列中有元素可供消费。这种机制可以有效地控制生产者和消费者的速度避免资源的浪费。
2.3.有界性
ArrayBlockingQueue的有界性可以防止队列无限制地增长从而避免内存溢出。在实际应用中这种有界性可以作为系统的一个流量控制阀当系统过载时通过阻塞或拒绝请求来保护系统。
3.ArrayBlockingQueue的使用
3.1.创建ArrayBlockingQueue
创建一个ArrayBlockingQueue非常简单只需要指定队列的大小即可
int queueSize 10;
BlockingQueueInteger queue new ArrayBlockingQueue(queueSize);3.2.生产者-消费者模式
ArrayBlockingQueue常用于生产者-消费者模式。生产者负责生成数据并添加到队列中而消费者则从队列中取出数据并处理。下面是一个简单的生产者-消费者示例
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;public class ProducerConsumerExample {public static void main(String[] args) {BlockingQueueInteger queue new ArrayBlockingQueue(5);Thread producer new Thread(() - {for (int i 0; i 10; i) {try {System.out.println(生产者生产了数据 i);queue.put(i);Thread.sleep(200);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}});Thread consumer new Thread(() - {while (true) {try {Integer data queue.take();System.out.println(消费者消费了数据 data);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}});producer.start();consumer.start();}
}运行结果
生产者生产了数据0
消费者消费了数据0
生产者生产了数据1
消费者消费了数据1
生产者生产了数据2
消费者消费了数据2
生产者生产了数据3
消费者消费了数据3
生产者生产了数据4
消费者消费了数据4
生产者生产了数据5
消费者消费了数据5
生产者生产了数据6
消费者消费了数据6
生产者生产了数据7
消费者消费了数据7
生产者生产了数据8
消费者消费了数据8
生产者生产了数据9
消费者消费了数据9在这个示例中我们创建了一个大小为5的ArrayBlockingQueue然后启动了一个生产者线程和一个消费者线程。生产者线程会生成10个数据并尝试将它们添加到队列中消费者线程则会不断地从队列中取出数据并处理。由于队列的大小只有5因此当生产者生产了5个数据后它会被阻塞直到消费者消费了一些数据释放出空间。同样地当队列为空时消费者线程也会被阻塞直到生产者生产了新的数据。
4.ArrayBlockingQueue的最佳实践
4.1.选择合适的队列大小
队列的大小应根据具体的应用场景来设置。如果设置得太小可能会导致频繁的阻塞和上下文切换影响性能如果设置得太大可能会浪费内存资源。因此在选择队列大小时需要综合考虑系统的负载、内存资源和性能要求等因素。
4.2.合理使用阻塞方法
ArrayBlockingQueue提供了多种阻塞方法如put、take、offer和poll等。在使用这些方法时需要根据具体的需求来选择合适的方法。例如如果你希望当队列满时生产者线程能够阻塞等待空间可用那么可以使用put方法如果你希望生产者线程在队列满时能够立即返回并做其他处理那么可以使用offer方法。
4.3.避免死锁
在使用ArrayBlockingQueue时需要注意避免死锁的发生。例如不要在持有其他锁的情况下调用ArrayBlockingQueue的阻塞方法否则可能会导致死锁。此外还需要注意避免循环等待和饥饿等问题。
4.4.考虑使用公平策略
ArrayBlockingQueue的构造函数允许指定一个公平性参数。如果设置为true等待时间最长的线程将优先获得访问队列的机会。但需要注意的是公平性可能会降低性能。因此在决定是否使用公平策略时需要综合考虑系统的性能和公平性要求。
5.源码详解
5.1.主要属性
// 用于存储队列元素的数组
final Object[] items;// 队列的容量
int count;// 控制并发访问的锁
final ReentrantLock lock;// 队列不满时的等待条件
private final Condition notFull;// 队列不为空时的等待条件
private final Condition notEmpty;// 队列中等待取数据的线程数
final AtomicInteger waitingConsumers new AtomicInteger();// 队列中等待插入数据的线程数
final AtomicInteger waitingProducers new AtomicInteger();5.2.构造函数
ArrayBlockingQueue 提供了几种构造函数其中最基本的两个是接受队列容量和指定是否公平的构造函数。
public ArrayBlockingQueue(int capacity) {this(capacity, false);
}public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {if (capacity 0)throw new IllegalArgumentException();this.items new Object[capacity];lock new ReentrantLock(fair);notEmpty lock.newCondition();notFull lock.newCondition();
}5.3.入队操作
put(E e) 和 offer(E e) 是两种入队操作其中 put 方法在队列满时会阻塞而 offer 方法在队列满时会立即返回失败或者根据提供的超时时间等待。
public void put(E e) throws InterruptedException {checkNotNull(e);final ReentrantLock lock this.lock;lock.lockInterruptibly();try {while (count items.length)notFull.await();enqueue(e);} finally {lock.unlock();}
}public boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)throws InterruptedException {checkNotNull(e);long nanos unit.toNanos(timeout);final ReentrantLock lock this.lock;lock.lockInterruptibly();try {while (count items.length) {if (nanos 0)return false;nanos notFull.awaitNanos(nanos);}enqueue(e);return true;} finally {lock.unlock();}
}private void enqueue(E x) {// 队列尾部插入元素final Object[] items this.items;items[putIndex] x;if (putIndex items.length)putIndex 0;count;// 通知可能在等待的消费者线程notEmpty.signal();
}5.4.出队操作
take() 和 poll() 是两种出队操作其中 take 方法在队列空时会阻塞而 poll 方法在队列空时会立即返回 null 或者根据提供的超时时间等待。
public E take() throws InterruptedException {final ReentrantLock lock this.lock;lock.lockInterruptibly();try {while (count 0)notEmpty.await();return dequeue();} finally {lock.unlock();}
}public E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {long nanos unit.toNanos(timeout);final ReentrantLock lock this.lock;lock.lockInterruptibly();try {while (count 0) {if (nanos 0)return null;nanos notEmpty.awaitNanos(nanos);}return dequeue();} finally {lock.unlock();}
}private E dequeue() {// 队列头部取出元素final Object[] items this.items;SuppressWarnings(unchecked)E x (E) items[takeIndex];items[takeIndex] null;if (takeIndex items.length)takeIndex 0;count--;if (itrs ! null)itrs.elementDequeued();// 通知可能在等待的生产者线程notFull.signal();return x;
}6.总结
ArrayBlockingQueue是Java并发编程中一个非常实用的工具类。它提供了线程安全的阻塞队列实现支持生产者-消费者模式并允许通过队列的大小来控制系统的流量。在使用ArrayBlockingQueue时需要注意选择合适的队列大小、合理使用阻塞方法、避免死锁和考虑使用公平策略等问题。通过合理地使用ArrayBlockingQueue可以有效地提高系统的并发性能和稳定性。
