多线程（26）BlockingQueue

迈不过友情╰ 2024-04-24 23:10 5阅读 0赞

`BlockingQueue`是Java并发包（`java.util.concurrent`）中的一个接口，它扩展了`Queue`接口。`BlockingQueue`支持两个附加操作：等待队列变为非空时取元素，和等待空间变得可用时存储元素。这使得`BlockingQueue`非常适合用作生产者-消费者场景中的缓冲区。

#### BlockingQueue的主要方法 ####

`BlockingQueue`接口定义了一些阻塞的插入和移除方法，它们在特定条件下会阻塞，直到操作可以成功执行为止。主要方法如下：

*  **插入**
    
     *  `boolean add(E e)`: 尝试添加元素到队列中。如果队列已满，抛出`IllegalStateException`。
     *  `boolean offer(E e)`: 尝试添加元素到队列中。如果队列已满，返回`false`。
     *  `void put(E e) throws InterruptedException`: 将元素插入队列中，如果队列已满，则等待。
     *  `boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException`: 尝试在给定的时间内将元素插入队列中，如果队列在指定时间内仍然满，则返回`false`。
 *  **移除**
    
     *  `E remove()`: 移除并返回队列头部的元素。如果队列为空，抛出`NoSuchElementException`。
     *  `E poll()`: 移除并返回队列头部的元素。如果队列为空，返回`null`。
     *  `E take() throws InterruptedException`: 移除并返回队列头部的元素，如果队列为空，则等待。
     *  `E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException`: 尝试在给定的时间内移除并返回队列头部的元素，如果队列在指定时间内仍然为空，则返回`null`。
 *  **检查**
    
     *  `E element()`: 返回队列头部的元素，但不从队列中移除。如果队列为空，抛出`NoSuchElementException`。
     *  `E peek()`: 返回队列头部的元素，但不从队列中移除。如果队列为空，返回`null`。

#### BlockingQueue的实现 ####

Java提供了多种`BlockingQueue`的实现，每种实现都有其特定的用途：

*  **ArrayBlockingQueue**: 一个由数组支持的有界阻塞队列。此队列按照FIFO（先进先出）原则对元素进行排序。
 *  **LinkedBlockingQueue**: 一个由链表结构支持的可选有界阻塞队列。此队列按照FIFO原则对元素进行排序，吞吐量通常高于`ArrayBlockingQueue`。
 *  **PriorityBlockingQueue**: 一个支持优先级排序的无界阻塞队列。
 *  **DelayQueue**: 一个使用优先级队列实现的无界阻塞队列，只有在延迟期满时元素才能从队列中取出。
 *  **SynchronousQueue**: 一个不存储元素的阻塞队列。每个插入操作必须等待另一个线程的移除操作，反之亦然。
 *  **LinkedTransferQueue**: 一个由链表结构组成的无界阻塞队列，扩展了`TransferQueue`，并实现了`BlockingQueue`。

#### 使用场景 ####

`BlockingQueue`是并发编程中一种极为重要的数据结构，特别适合用于生产者-消费者模式，生产者线程可以通过`BlockingQueue`向消费者线程安全地传递数据。例如，在一个多线程下载器应用中，一个或多个线程可以负责下载数据并将其放入`BlockingQueue`中，而另一个或多个线程可以从`BlockingQueue`中取出数据进行处理和保存。

#### 示例代码 ####

下面是一个使用`ArrayBlockingQueue`实现的简单生产者-消费者模式示例：

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
    import java.util.concurrent.BlockingQueue;
    
    public class ProducerConsumerExample {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            BlockingQueue<String> queue = new ArrayBlockingQueue<>(10);
    
            // 生产者线程
            new Thread(() -> {
        
                try {
        
                    queue.put("1");
                    System.out.println("Produced 1");
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    Thread.currentThread().interrupt();
                }
            }).start();
    
            // 消费者线程
            new Thread(() -> {
        
                try {
        
                    String value = queue.take();
                    System.out.println("Consumed " + value);
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    Thread.currentThread().interrupt();
                }
            }).start();
        }
    }

这个简单的示例展示了如何使用`BlockingQueue`实现线程之间的安全通信，无需担心多线程环境下的数据一致性问题。