并发队列ConcurrentLinkedQueue和阻塞队列LinkedBlockingQueue用法

小鱼儿 2022-08-18 00:54 133阅读 0赞

在Java多线程应用中，队列的使用率很高，多数生产消费模型的首选数据结构就是队列(先进先出)。Java提供的线程安全的Queue可以分为阻塞队列和非阻塞队列，其中阻塞队列的典型例子是BlockingQueue，非阻塞队列的典型例子是ConcurrentLinkedQueue，在实际应用中要根据实际需要选用阻塞队列或者非阻塞队列。

注：什么叫线程安全？这个首先要明确。线程安全就是说多线程访问同一代码，不会产生不确定的结果。

**并行和并发区别**

1、并行是指两者同时执行一件事，比如赛跑，两个人都在不停的往前跑；  
2、并发是指资源有限的情况下，两者交替轮流使用资源，比如一段路(单核CPU资源)同时只能过一个人，A走一段后，让给B，B用完继续给A ，交替使用，目的是提高效率

**LinkedBlockingQueue**  
**由于LinkedBlockingQueue实现是线程安全的，实现了先进先出等特性，是作为生产者消费者的首选**，LinkedBlockingQueue 可以指定容量，也可以不指定，不指定的话，默认最大是Integer.MAX\_VALUE，其中主要用到put和take方法，put方法在队列满的时候会阻塞直到有队列成员被消费，take方法在队列空的时候会阻塞，直到有队列成员被放进来。

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package cn.thread;
    
    import java.util.concurrent.BlockingQueue;
    import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
    
    /**
     * 多线程模拟实现生产者／消费者模型
     *  
     * @author 林计钦
     * @version 1.0 2013-7-25 下午05:23:11
     */
    public class BlockingQueueTest2 {
        /**
         * 
         * 定义装苹果的篮子
         * 
         */
        public class Basket {
            // 篮子，能够容纳3个苹果
            BlockingQueue<String> basket = new LinkedBlockingQueue<String>(3);
    
            // 生产苹果，放入篮子
            public void produce() throws InterruptedException {
                // put方法放入一个苹果，若basket满了，等到basket有位置
                basket.put("An apple");
            }
    
            // 消费苹果，从篮子中取走
            public String consume() throws InterruptedException {
                // take方法取出一个苹果，若basket为空，等到basket有苹果为止(获取并移除此队列的头部)
                return basket.take();
            }
        }
    
        // 定义苹果生产者
        class Producer implements Runnable {
            private String instance;
            private Basket basket;
    
            public Producer(String instance, Basket basket) {
                this.instance = instance;
                this.basket = basket;
            }
    
            public void run() {
                try {
                    while (true) {
                        // 生产苹果
                        System.out.println("生产者准备生产苹果：" + instance);
                        basket.produce();
                        System.out.println("!生产者生产苹果完毕：" + instance);
                        // 休眠300ms
                        Thread.sleep(300);
                    }
                } catch (InterruptedException ex) {
                    System.out.println("Producer Interrupted");
                }
            }
        }
    
        // 定义苹果消费者
        class Consumer implements Runnable {
            private String instance;
            private Basket basket;
    
            public Consumer(String instance, Basket basket) {
                this.instance = instance;
                this.basket = basket;
            }
    
            public void run() {
                try {
                    while (true) {
                        // 消费苹果
                        System.out.println("消费者准备消费苹果：" + instance);
                        System.out.println(basket.consume());
                        System.out.println("!消费者消费苹果完毕：" + instance);
                        // 休眠1000ms
                        Thread.sleep(1000);
                    }
                } catch (InterruptedException ex) {
                    System.out.println("Consumer Interrupted");
                }
            }
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            BlockingQueueTest2 test = new BlockingQueueTest2();
    
            // 建立一个装苹果的篮子
            Basket basket = test.new Basket();
    
            ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
            Producer producer = test.new Producer("生产者001", basket);
            Producer producer2 = test.new Producer("生产者002", basket);
            Consumer consumer = test.new Consumer("消费者001", basket);
            service.submit(producer);
            service.submit(producer2);
            service.submit(consumer);
            // 程序运行5s后，所有任务停止
    //        try {
    //            Thread.sleep(1000 * 5);
    //        } catch (InterruptedException e) {
    //            e.printStackTrace();
    //        }
    //        service.shutdownNow();
        }
    
    }

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**ConcurrentLinkedQueue**  
ConcurrentLinkedQueue是Queue的一个安全实现．Queue中元素按FIFO原则进行排序．采用CAS操作，来保证元素的一致性。  
LinkedBlockingQueue是一个线程安全的阻塞队列，它实现了BlockingQueue接口，BlockingQueue接口继承自java.util.Queue接口，并在这个接口的基础上增加了take和put方法，这两个方法正是队列操作的阻塞版本。

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package cn.thread;
    
    import java.util.concurrent.ConcurrentLinkedQueue;
    import java.util.concurrent.CountDownLatch;
    import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    
    public class ConcurrentLinkedQueueTest {
        private static ConcurrentLinkedQueue<Integer> queue = new ConcurrentLinkedQueue<Integer>();
        private static int count = 2; // 线程个数
        //CountDownLatch，一个同步辅助类，在完成一组正在其他线程中执行的操作之前，它允许一个或多个线程一直等待。
        private static CountDownLatch latch = new CountDownLatch(count);
    
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
            long timeStart = System.currentTimeMillis();
            ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(4);
            ConcurrentLinkedQueueTest.offer();
            for (int i = 0; i < count; i++) {
                es.submit(new Poll());
            }
            latch.await(); //使得主线程(main)阻塞直到latch.countDown()为零才继续执行
            System.out.println("cost time " + (System.currentTimeMillis() - timeStart) + "ms");
            es.shutdown();
        }
        
        /**
         * 生产
         */
        public static void offer() {
            for (int i = 0; i < 100000; i++) {
                queue.offer(i);
            }
        }
    
    
        /**
         * 消费
         *  
         * @author 林计钦
         * @version 1.0 2013-7-25 下午05:32:56
         */
        static class Poll implements Runnable {
            public void run() {
                // while (queue.size()>0) {
        
                while (!queue.isEmpty()) {
                    System.out.println(queue.poll());
                }
                latch.countDown();
            }
        }
    }

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**运行结果：  
costtime 2360ms**

**改用while (queue.size()>0)后  
运行结果：  
cost time 46422ms**

**结果居然相差那么大，看了下ConcurrentLinkedQueue的API原来.size()是要遍历一遍集合的，难怪那么慢，所以尽量要避免用size而改用isEmpty().**

总结了下， 在单位缺乏性能测试下，对自己的编程要求更加要严格，特别是在生产环境下更是要小心谨慎。

[copycode.gif]: /images/20220731/346eeefc5ca14edea49415f2ab7addc1.png