Java并发之阻塞队列浅析

因为在工作中经常会用到阻塞队列,有的时候还要根据业务场景获取重写阻塞队列中的方法,所以学习一下阻塞队列的实现原理还是很有必要的。(PS:不深入了解的话,很容易使用出错,造成没有技术深度的样子)

阻塞队列是什么?

要想了解阻塞队列,先了解一下队列是啥,简单的说队列就是一种先进先出的数据结构。(具体的内容去数据结构里学习一下)所以阻塞队列就是一种可阻塞的队列。和普通的队列的不同就体现在 ”阻塞“两个字上。阻塞是啥意思?

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Java并发之阻塞队列浅析

在软件工程里阻塞一般指的是阻塞调用,即调用结果返回之前,当前线程会被挂起。函数只有在得到结果之后才会返回。

阻塞队列其实就是普通的队列根据需要将某些方法改为阻塞调用。所以阻塞队里和普通队里的不同主要体现在两个方面

当队列是空的时,从队列中获取元素的操作将会被阻塞 。直到其他的线程往空的队列插入新的元素

当队列是满时,往队列里添加元素的操作会被阻塞,直到其他的线程使队列重新变得空闲起来,如从队列中移除一个或者多个元素,或者完全清空队列

为什么要使用阻塞队列?

那么为什么要使用阻塞队列?阻塞队列又能完成什么特殊的任务吗?

    阻塞队列的经典使用 场景就是“生产者”和“消费者”模型,生产者生产数据,放入队列,然后消费从队列中获取数据,这个在一般情况下自然没有问题,但如果生产者和消费者在某个时间段内,万一发生数据处理速度不匹配的情况呢?

        在出现消费者速度远大于生产者速度,消费者在数据消费至一定程度的情况下,暂停等待一下(阻塞消费者)来等待生产者,以保证生产者能够生产出新的数据;反之亦然。

   阻塞队列在Java中的一种典型使用场景是线程池,在线程池中,当提交的任务不能被立即得到执行的时候,线程池就会将提交的任务放到一个阻塞的任务队列中来(线程池的具体使用参见之前写的一篇文章《Java并发之线程池的浅析》)

   然而,在阻塞队列发布以前,在多线程环境下,我们每个程序员都必须去自己控制这些细节,尤其还要兼顾效率和线程安全,而这会给我们的程序带来不小的复杂度。在这里要感谢一下concurrent包,减轻了我们很多工作

阻塞队列的成员有哪些

Java并发之阻塞队列浅析

下面分别简单介绍一下:

ArrayBlockingQueue:是一个用数组实现的有界阻塞队列,此队列按照先进先出(FIFO)的原则对元素进行排序。构造时必须传入的参数是数组大小此外还可以指定是否公平性。【注:每一个线程在获取锁的时候可能都会排队等待,如果在等待时间上,先获取锁的线程的请求一定先被满足,那么这个锁就是公平的。反之,这个锁就是不公平的。公平的获取锁,也就是当前等待时间最长的线程先获取锁】;在插入或删除元素时不会产生或销毁任何额外的对象实例

LinkedBlockingQueue:一个由链表结构组成的有界队列,照先进先出的顺序进行排序 ,未指定长度的话,默认 此队列的长度为Integer.MAX_VALUE。。【PS:如果生产者的速度远远大于消费者的速度,也许还没有等到队列满阻塞产生,系统内存就有可能已经被消耗殆尽了。】PriorityBlockingQueue: 一个支持线程优先级排序的无界队列,默认自然序进行排序,也可以自定义实现compareTo()方法来指定元素排序规则,不能保证同优先级元素的顺序。

LinkedBlockingQueue之所以能够高效的处理并发数据,是因为take()方法和put(E param)方法使用了不同的可重入锁,分别为private final ReentrantLock putLock和private final ReentrantLock takeLock,这也意味着在高并发的情况下生产者和消费者可以并行地操作队列中的数据,以此来提高整个队列的并发性能

LinkedBlockingQueue在插入元素是会创建一个额外的Node对象,所以它这在长时间内需要高效并发地处理大批量数据的系统中,对于GC的还是存在一定的影响。

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