广州市住房与城乡建设部网站,网站建设怎么做帐,申请园区网站建设经费的请示,吕梁市城乡建设局网站前言 本篇文章讲解多线程案例之阻塞队列。主要讲解阻塞队列的特性、实际开发中常用的到的生产者消费者模型#xff0c;以及生产者消费者模型解耦合、削峰填谷的好处。并且使用 Java 多线程模拟实现一个生产者消费者模型、阻塞队列版的生产者消费者模型。 文章从什么是阻塞队列…
前言 本篇文章讲解多线程案例之阻塞队列。主要讲解阻塞队列的特性、实际开发中常用的到的生产者消费者模型以及生产者消费者模型解耦合、削峰填谷的好处。并且使用 Java 多线程模拟实现一个生产者消费者模型、阻塞队列版的生产者消费者模型。 文章从什么是阻塞队列、生产者消费者模型、高内聚低耦合、削峰填谷、模拟实现生产者消费者模型、阻塞队列版消费者模型这几个模块来讲解。话不多说让我们进入 阻塞队列 的学习吧~
目录
1. 什么是阻塞队列
2. 生产者消费者模型
2.1. 解耦合
2.2 削峰填谷
2.3 生产者消费者案例
3. 阻塞队列生产者消费者模型的实现 1. 什么是阻塞队列
在数据结构的学习中我们知道了队列有普通队列、循环队列它们都遵循“先进先出”的原则。阻塞队列也遵循这个原则它是一种特殊的队列带有阻塞功能的队列并且满足以下两点 当队列满的时候如果继续往队列中插入数据则发生阻塞状态直到有数据出队列。当队列空的时候如果往外取数据也发生阻塞状态直到有数序入队列。 Java 标准库中的阻塞队列为BlockingDeque是一个泛型接口。因此我们使用的时候直接遵循标准库的写法即可。注意以下两点 BlockingDeque 是一个接口因此我们实例对象时用的是 LinkedBlockingQueue类。put 方法用于阻塞式的入队列 take 用于阻塞式的出队列。 通过上述介绍我们可以写出一段简易的阻塞队列代码 public static void main(String[] args) throws InterruptedException {//BlockingQueue为阻塞队列的原型BlockingQueueInteger blockingQueue new LinkedBlockingDeque();//take取元素、put插入元素为阻塞队列的两个核心方法blockingQueue.put(20);//插入元素20Integer result blockingQueue.take();//从队头取元素System.out.println(result);}
运行后打印 通过上述代码大家已经对阻塞队列有了一个浅的认识当然你可以可以多 take 几次来达到阻塞效果。
阻塞队列主要用于“生产者消费者模型”是实际开发中常用到的下面我就来介绍它的用法。 2. 生产者消费者模型
什么是生产者消费者模型从字面上来看前者是生产者后者是消费者。
因此生产者与消费者之间进行交互需要一个中间平台这个平台就是阻塞队列如果没有中间平台交易就会产生一定风险、效率也会降低很多。
生产者消费者体现过年大家都包饺子假设一家有三个人员人员1 擀饺子皮擀完后放在砧板上人员2 和 人员3 负责包饺子。这样一个例子中 人员1 就是生产者砧板就是平台人员2 和 人员3 是消费者。如果三个人员自己擀皮自己包这样的效率是非常低的只有一个擀面杖、无砧板情况下
中间平台优点体现假如有两个服务器它们直接进行交互。服务器1挂了紧接着服务器2也挂了。因此我们需要一个中间平台(阻塞队列)连接这两个服务器并进行交互。这样无论那一个服务器挂了也不影响另一个服务器。 生产者消费者模型的优点有很多但最突出了有两点解耦合和削峰填谷。请看下方讲解。 2.1. 解耦合
大家都听过高内聚低耦合这个概念在此我来做个解释
何为内聚举个例子在快递站拿快递我们可以根据货物号来快速的找到想要的物品这就是高内聚。
但某一天快递站来了个怪人他在找快递的过程中把每个拿起来的快递都随意放在其他位置。因此别人再去找自己的快递时就不能快速的找到自己的快递了这就是低内聚的一个体现。
在 Java 中高内聚主要体现在代码的条理性相关联的代码很好的放在一起。低内聚则是相关联的代码没有放在一起东一块、西一块。
何为耦合主要体现一个关联性。也是举个例子假设我的亲人生病住院了我会放下手中的一切去好好照顾他/她哪怕对我现实生活影响很大我也义无反顾。这样的行为就是高耦合的。
但我的女神生病了她发了个朋友圈。由于我和她只是“朋友圈点赞之交”我只会给她点个赞并且评论句多喝热水。因为她生病了对我的影响是很低的所以可以称为低耦合。
耦合高在 Java 主要体现在多个模块之间的关联关联越强耦合越高关联越弱耦合越低。 回归正题阻塞队列的解耦合主要体现在多个线程之间进行交互。如以下例子 在上、下图中A、B、C是我们的业务服务器会经常更改代码 因此会经常出现 bug 就容易挂。通过消费者模型就能很好的避免这个问题。 当然阻塞队列服务器也会挂但相对于ABC业务服务器来说挂的机率较小。 2.2 削峰填谷
三峡大坝利用的就是削峰填谷机制有效缓解了电力系统在高峰期的压力和在低峰期的浪费现象。
当电力系统电力值达到高峰时三峡大坝则会把部分的水存储在水库里面只放出适合的水流量减少并调节电力系统的负荷有效缓解电力系统在高峰期的浪费现象。
当电力处于低峰期时也就是电力供给不足的情况三峡大坝会把水库里存储的水给放出来通过电站的发电量、水库的排水等措施缓解了电力系统在低峰期的电力不足。 上述例子就是削峰填谷的一个简单理解在 Java 中阻塞队列就能达到削峰填谷的功能。
当服务器与服务器之间进行交互常常是以一个很平缓的速率进行的但某一时刻突然达到了一个峰值。
这个时候阻塞队列就能把峰值带来的压力给顶下来让服务器之间还是以平稳的速率进行交互。
如服务器A 作为生产者服务器B 作为消费者服务器A 最高可达到 1秒3万 次的速率服务器B 最高只能 1秒1万 次这时候就会出现下图这样的问题。 上图中 服务器A 作为生产者、服务器B 作为消费者。当 服务器A 收到的请求多了。回复给阻塞队列的内容也变多了。
但 服务器B 最多能接受 1秒1万 次的数据。因此阻塞队列就会把多的请求存储下来并按照 1秒1万 次的速率给 服务器B 传输数据这样就不会导致 服务器B 崩溃。
以上的三峡大坝、服务器交互的例子就是对削峰填谷进行的一个讲解当然比较浅显。具体代码的实现请看下方讲解。 2.3 生产者消费者案例
生产者消费者主要体现一个线程生产一个线程消费。如下代码
public static void main(String[] args) {BlockingDequeInteger blockingDeque new LinkedBlockingDeque();//消费者Thread thread1 new Thread(()-{while (true) {try {int value blockingDeque.take();System.out.println(消费者: value);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}});thread1.start();//启动线程1//生产者Thread thread2 new Thread(()-{int value 1;while (true) {try {blockingDeque.put(value);System.out.println(生产者: value);Thread.sleep(1000);value;} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}});thread2.start();//启动线程2}
运行后打印 以上代码不难看懂主要用到阻塞队列的 take 和 put 方法。生产者 thread2 使用 put 方法生产元素消费者 thread1 使用 take 方法消费元素。
注意在线程内调用 take 或put 方法都得 try/catch InterruptedException 这个异常。我们直接AltEnter take 或 put方法即可。 3. 阻塞队列生产者消费者模型的实现
使用阻塞队列实现生产者消费者模式过程如下
首先我们要让这个队列循环下去如何让一个队列循环下去最好实现方法就是使用循环队列。
设计中我们可以用 head 作为队头元素下标、tail 作为队尾元素下标、size 作为当前元素的个数。
head 等于 tail 的时候证明是初始状态队列空或者是队列已满。因此有以下几点注意事项
入队列
当 size 等于队列长度时证明队列已满此时不能插入数据。当 tail 等于队列长度时tail 置为0从第一个位置开始插入元素。
出队列
当 size 等于 0 时证明队列已空此时不能出数据。当 head 等于队列长度时候head 置为 0 从第一个元素开始出元素。 当然为了达到阻塞的效果在队列满状态或空状态的方法里面使用 wait 方法造成阻塞状态。在插元素方法里面里面 notify 唤醒队列空时的阻塞状态在拿元素里面 notify 唤醒队列满时的阻塞状态。
具体代码实现如下
class MyBlockingQueue {int [] array new int[100];//定义一个数组为队列int head 0;//队头下标int tail 0;//队尾下标int size 0;//元素个数//模拟实现 put 方法synchronized public void put(int value) throws InterruptedException {if (size array.length) {this.wait();//队列已满设为阻塞状态}array[tail] value;//把value值放在数组对应下标中tail;//队尾下表自增size;//元素个数自增if (tail array.length) {tail 0;//队尾下标重置为0}this.notify();//唤醒队列空的阻塞状态}//模拟实现 take 方法synchronized public int take() throws InterruptedException {if (size 0){this.wait();//队列已空设为阻塞状态}int value array[head];//队头元素负责个valuehead;//队头下标往后自增size--;//元素个数自减if (head array.length) {head 0;//队头下标置为0}this.notify();//唤醒队列满的阻塞状态return value;//返回队头元素}
}
public class ThreadDemo2 {public static void main(String[] args) {MyBlockingQueue myBlockingQueue new MyBlockingQueue();//生产者Thread thread1 new Thread(()- {int i 1;while (true) {try {System.out.println(生产者: i);myBlockingQueue.put(i);i;Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}});thread1.start();//消费者Thread thread2 new Thread(()- {while (true) {try {int i myBlockingQueue.take();System.out.println(消费者: i);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}});thread2.start();}
}运行后打印 以上代码我使用一个数组来模拟实现循环队列的这样更容易去理解。其他细节大家可以在代码中的注释进行理解。 队列已经循环队列不太熟悉朋友可以回头好好复习一下。
注意一个队列不可能为空状态又为满状态因此在上述代码中notify 唤醒的都是对方的状态。这样一个阻塞队列生产者消费者模式就能很好的实现了。
另外阻塞队列不存在线程安全问题因为阻塞队列底层有加锁机制。因此大家可以安心使用。
如果面试的时候面试说“请你写一个生产者消费者模型”。那么这个时候你就可以利用上方代码进行拓展。 作者一只爱打拳的程序猿Java领域新星创作者阿里云社区优质创作者、专家博主。 博客主页这是博主的主页 ️文章收录于Java多线程编程 ️JavaSE的学习JavaSE ️Java数据结构:数据结构与算法 本篇博文到这里就结束了感谢点赞、评论、收藏、关注~
