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1.生产者消费者模型
2.使用标准库中的阻塞队列
3.模拟实现阻塞队列 在介绍阻塞队列之前#xff0c;会先介绍一些前置知识#xff0c;像队列#xff1a;有普通队列、优先级队列、阻塞队列、和消息队列。前面两个是线程不安全的#xff0c;而后面两个是线程安全的。本…
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1.生产者消费者模型
2.使用标准库中的阻塞队列
3.模拟实现阻塞队列 在介绍阻塞队列之前会先介绍一些前置知识像队列有普通队列、优先级队列、阻塞队列、和消息队列。前面两个是线程不安全的而后面两个是线程安全的。本文重点介绍阻塞队列。 1.生产者消费者模型
1.1队列功能介绍
1阻塞队列
1当队列为空时尝试出队列此时队列会阻塞等待直到队列不为空才继续执行出队列操作。
2当队列为满时尝试入队列此时队列就会阻塞等待直到队列不为满为止才能继续执行入队操作。
2消息队列
并非遵循常规的先进先出而是带有一个topic关键字。当出队时指定某个topic就会先出topic下的元素topic内部就遵循先进先出
举例例如到医院窗口排队有很多种类型的窗口如妇科、儿科、骨科等等这些称为topic,不是说你先来了就一定可以就诊而是等待你所在的topic是否呼唤你。
像上面的阻塞队列和消息队列起到的作用就是可以实现生产者消费者模型。
1.2.生产者消费者模型介绍
1什么是生产者消费者模型
1A线程进行入队操作B线程进行出队操作。当队列为空时B线程需要等待A线程入队才能从队列中取出元素当队列满时A线程需要等待B线程取出元素后才能继续入队。这里的A线程就相当于生产者B线程相当于消费者。
2有一个自动售卖机相当于阻塞队列/消息队列商人负责填货生产者用户负责买东西消费者。 2模型的作用
1可以让程序机械能解耦合操作
2可以程序“削峰填谷” 解耦合作用举例 1.如果A和B是互相调用的关系那么如果A中需要修改那么B中的大部分都需要同步修改否则无法互相调用。 2.当A和B中间加了一个队列那么A与B的交互只需要通过操作队列即可。即使其中一个出现了问题也不会影响到另外一个。 削峰填谷举例 1.当服务器直接和客户端交互时当请求过多时就会直接导致服务器崩溃。 2.如果在客户端和服务器中间加上一个队列让他们通过队列进行交互。即使请求再多也不会影响到服务器最坏的情况也就是队列崩溃。 所以说阻塞队列/消息队列就是可以实现生产者消费者模型的效果。
2.使用标准库中的阻塞队列
现在我们介绍如何调用标准库中的阻塞队列。
2.1.创建阻塞队列
1选择正确的接口 2实例化的对象 可以选择的有下面这三个很明显它们之间只是基于不同的数据结构进行实现。
这三个我们都是可以选择的。 3队列的操作
因为是队列我们只需要考虑入队和出队操作即可。 在阻塞队列中只有这两个是带有阻塞功能的所以我们只需要使用这两个即可。
因为这两个操作是带有阻塞功能的也就是wait所以使用时需要声明异常。
4普通的操作
这里普通的操作指的是在一个线程中进行操作。 程序运行起来发现没有任何的报错只是程序仍然不会结束这就是阻塞功能。 2.2.使用阻塞队列
1消费者消费的很慢
当消费者消费慢时也就是让消费者每次sleep此时就会产生生产者在等消费者的过程 public static void main(String[] args) throws InterruptedException {BlockingQueueInteger queue new ArrayBlockingQueue(10);Thread t1 new Thread(()-{//负责入队操作for (int i 0; i 5000; i) {try {queue.put(i);System.out.println(入队i);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}});Thread t2 new Thread(()-{//负责出队操作for (int i 0; i 5000; i) {try {int tmp queue.take();System.out.println(出队tmp);Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}});t1.start();t2.start();} 2生成者生成的很慢 以上就是对阻塞队列的使用下面我们自己实现一个阻塞队列
3.模拟实现阻塞队列
要模拟阻塞队列就需要有入队/出队操作并且可以进行阻塞等待并且是线程安全的
我们先从普通队列开始然后加上线程安全和阻塞操作最后进行优化和线程安全Pro版
3.1.实现普通的队列
下面按照循环队列的形式进行创建队列只提供了入队和出队操作
class MyBlockQueue {int head 0;int tail 0;int size 0;public String[] elem;public MyBlockQueue(int capacity) {elem new String[capacity];}//入队public void put(String s) throws InterruptedException { if(size elem.length) {return;}elem[tail] s;//队尾入size;if(tail elem.length-1) tail0;else tail;}}//出队public String take() throws InterruptedException {if(size 0) {return null;}String tmp elem[head];size--;if(head elem.length-1) head 0;else head;return tmp;}
}
3.2.加上阻塞功能
这里我们使用的是wait而不是sleep。
class MyBlockQueue {int head 0;int tail 0;int size 0;public String[] elem;public MyBlockQueue(int capacity) {elem new String[capacity];}//入队public void put(String s) throws InterruptedException {synchronized (this) {if(size elem.length) {System.out.println(队列满阻塞等待);this.wait();}elem[tail] s;//队尾入size;if(tail elem.length-1) tail0;else tail;this.notify();//入队一个唤醒一次}}//出队public String take() throws InterruptedException {synchronized (this) {if(size 0) {System.out.println(队列空);this.wait();}String tmp elem[head];size--;if(head elem.length-1) head 0;else head;this.notify();//出队一个唤醒一次return tmp;}}
}
1改进1对入队、出队操作都进行了加锁操作
2改进2在队列满/空时不进行return而是进行阻塞等待当有一个元素入队/出队之后就进行唤醒一次。
上述不使用sleep的原因是sleep是抱着锁使线程进入休眠状态当此时有其他的操作入队/出队时无法拿到锁从而无法执行发生了死锁
上述还有一个缺点就是wait不仅仅可以被notify唤醒还可以被interrupt唤醒所以要循环进行判断。
class MyBlockQueue {int head 0;int tail 0;int size 0;public String[] elem;public MyBlockQueue(int capacity) {elem new String[capacity];}//入队public void put(String s) throws InterruptedException {synchronized (this) {while (size elem.length) {//循环等待确认防止不是被notify唤醒try {this.wait();}catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}elem[tail] s;//队尾入size;if(tail elem.length-1) tail0;else tail;this.notify();}}//出队public String take() throws InterruptedException {synchronized (this) {while (size 0) {try {this.wait();}catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}String tmp elem[head];size--;if(head elem.length-1) head 0;else head;this.notify();return tmp;}}
}
3改进3使用whilewait的方式反复确认是否要被唤醒
3.3.确保线程一定安全
上述线程其实已经很安全了但是还需要再进一步优化达到更安全的效果。对于线程安全还有两个内存可见性问题和指令重排序所以我们只需要对变量加上volatile关键字即可。
volatile int head 0;
volatile int tail 0;
volatile int size 0;
上述就是一个完整的阻塞队列模拟实现的代码下面展示完整代码
class MyBlockQueue {/* int head 0;int tail 0;int size 0;*/volatile int head 0;volatile int tail 0;volatile int size 0;public String[] elem;public MyBlockQueue(int capacity) {elem new String[capacity];}//入队public void put(String s) throws InterruptedException {synchronized (this) {/* if(size elem.length) {System.out.println(队列满阻塞等待);this.wait();}*/while (size elem.length) {//循环等待确认防止不是被notify唤醒try {this.wait();}catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}elem[tail] s;//队尾入size;if(tail elem.length-1) tail0;else tail;this.notify();}}//出队public String take() throws InterruptedException {synchronized (this) {/* if(size 0) {System.out.println(队列空);this.wait();}*/while (size 0) {try {this.wait();}catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}String tmp elem[head];size--;if(head elem.length-1) head 0;else head;this.notify();return tmp;}}
}
测试代码 public static void main(String[] args) throws InterruptedException {MyBlockQueue myBlockQueue new MyBlockQueue(10);Thread t1 new Thread(()-{for (int i 0; i 20; i) {try {System.out.println(生成1);myBlockQueue.put(1);Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}});Thread t2 new Thread(()-{for (int i 0; i 30; i) {String tmp null;try {tmp myBlockQueue.take();} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}System.out.println(消费tmp);try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}}});t1.start();t2.start();}
测试结果 结果是可以的和标准库中的阻塞队列基本一致。
几个注意事项
