Java阻塞队列的实现及应用
作者：小玄ｋｓ
这篇文章主要介绍了剖析Java中阻塞队列的实现原理及应用场景,这里也对阻塞和非阻塞队列的不同之处进行了对比,需要的朋友可以参考下
1.手写生产者消费者模型
所谓生产者消费者模型，可以用我们生活中的例子来类比：我去一个小摊儿买吃的，老板把已经做好的小吃都放在摆盘上，供我挑选。那么，老板就是生产者；我就是消费者；摆盘就是阻塞队列，用来当做生产与消费的缓冲区。因此，阻塞队列在生产者与消费者模型中起着至关重要的缓冲作用。
此次先演示如何手写阻塞队列（也可以使用Java库中自带的阻塞队列）。
手写的阻塞队列只实现最基础的两个功能：入队和出队。之所以叫阻塞队列，是因为当队空或者队满的时候，都要实现阻塞，直到队中不空或不满的时候，才会取消阻塞。
手写阻塞队列实现如下：
//阻塞队列BlockQueue
static class BlockQueue{
//该队列用一个数组来实现，我们让此队列的最大容量为10
private int[] items = new int[10];
private int head = 0;
private int tail = 0;
private int size = 0;
private Object locker =new Object();
//入队
public void put(int item) throws InterruptedException {
synchronized(locker) {
while (size == items.length) {
//入队时，若队满，阻塞
locker.wait();
}
items[tail++] = item;
//如果到达末尾，重回队首（实现循环队列）
if (tail >= items.length) {
tail = 0;
}
size++;
locker.notify();
}
}
//出队
public int back() throws InterruptedException {
int ret = 0;
synchronized (locker) {
while (size == 0) {
//出队时，若队空，阻塞
locker.wait();
}
ret = items[head++];
if (head >= items.length) {
head = 0;
}
size--;
locker.notify();
}
return ret;
}
}
用两个线程充当生产者与消费者：
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
BlockQueue blockQueue = new BlockQueue();
//生产者线程
Thread produce = new Thread(){
@Override
public void run() {
for(int i = 0;i<10000;++i){
try {
System.out.println("生产了:"+i);
blockQueue.put(i);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
};
produce.start();
//消费者线程
Thread customer = new Thread(){
@Override
public void run() {
while (true) {
try {
int res = blockQueue.back();
System.out.println("消费了：" + res);
//每次消费后等1秒，也就是生产的快，消费的慢
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
};
customer.start();
customer.join();
produce.join();
}
结果如下：可以看到，生产者线程先生产元素，（阻塞队列容量为10)，当队列满时，队列阻塞，消费者线程消费元素，因为消费的慢，所以接下来生产者线程由于阻塞队列不能快速生产，只能等待消费者线程消费队列中的元素，生产者线程才能随着生产，这就是阻塞队列的缓冲作用。
2.手写定时器
先看一下Java包中的定时器。
下面的代码我们通过调用timer类中的schedule方法来实现定时器功能。schedule方法有两个参数，第一个参数：要执行的任务，第二个参数：时间。
下面的代码中，schedule方法中的第一个任务参数：我们创建了一个TimerTask实例；重写里面的run方法来打印"触发定时器"这句话。第二个参数：3000；表示3秒后执行这个任务。
import java.util.Timer;
import java.util.TimerTask;
public class Test{
public static void main(String[] args) {
Timer timer = new Timer();
System.out.println("代码开始执行");
timer.schedule(new TimerTask() {
@Override
public void run() {
System.out.println("触发定时器");
}
},3000);
}
}
结果如下：
从上面就可以看出来我们手写定时器需要实现以下两个方面：
1.一个Task类，用来描述要实现的任务
2.一个Timer类，类中再实现一个schedule方法
Task类实现
//Task类用来描述任务，它继承Comparable接口是因为要将任务放到优先级阻塞队列中
static class Task implements Comparable<Task>{
//command表示这个任务是什么
private Runnable command;
//time是一个时间戳
private long time;
public Task(Runnable command,long time){
this.command = command;
this.time = System.currentTimeMillis()+time;
}
public void run(){
command.run();
}
//因为要将Task任务放到优先级阻塞队列中，所以要重写compareTo方法，我们将时间短的任务放到队头
@Override
public int compareTo(Task o) {
return (int)(this.time - o.time);
}
}
Timer类实现
//Timer类中需要有一个定时器，还需要有一个schedule方法
static class Timer{
//使用优先级阻塞队列来放这些任务，这样才能把最接近时钟的任务放到队头，我们每次扫描队头任务就行了
private PriorityBlockingQueue<Task> queue = new PriorityBlockingQueue<>();
//locker用来解决忙等问题
private Object locker = new Object();
//构造方法中完成定时器功能
public Timer(){
//需要构造一个线程，来不断地扫描队头，来判断队头任务是否到点，也就是是否该开始执行了
Thread t = new Thread(){
@Override
public void run() {
while(true){
//取出队首任务来判断是否到时间了
try {
Task task = queue.take();
long current = System.currentTimeMillis();
//当前时间戳小于时钟时间戳，表明时间还没到,那就等待
if (current < task.time){
queue.put(task);
synchronized (locker){
locker.wait(task.time-current);
}
}else{
//否则时间到，开始执行任务
task.run();
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
break;
}
}
}
};
t.start();
}
//schedule方法的两个参数，command为任务，delay为一个时间差例如：3000(单位为毫秒)
public void schedule(Runnable command,long delay){
Task task = new Task(command,delay);
queue.put(task);
synchronized (locker){
locker.notify();
}
}
}
主线程
public static void main(String[] args) {
System.out.println("程序启动");
Timer timer = new Timer();
timer.schedule(new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println("触发定时器");
}
},3000);//3000表示定时时间为3秒
}
结果如下：“程序启动” 在程序启动是立刻显示出来；“触发定时器”在3秒后显示出来。
总结
本篇文章就到这里了，希望能够给你带来帮助，也希望您能够多多关注脚本之家的更多内容！