文章目录
- 四、阻塞队列
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- 1、基础概念
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- [1.1 生产者消费者概念](#1.1 生产者消费者概念)
- [1.2 JUC阻塞队列的存取方法](#1.2 JUC阻塞队列的存取方法)
- 2、ArrayBlockingQueue
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- [2.1 ArrayBlockingQueue的基本使用](#2.1 ArrayBlockingQueue的基本使用)
- [2.2 生产者方法实现原理](#2.2 生产者方法实现原理)
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- [2.2.1 ArrayBlockingQueue的常见属性](#2.2.1 ArrayBlockingQueue的常见属性)
- [2.2.2 add方法实现](#2.2.2 add方法实现)
- [2.2.3 offer方法实现](#2.2.3 offer方法实现)
- [2.2.4 offer(time,unit)方法](#2.2.4 offer(time,unit)方法)
- [2.2.5 put方法](#2.2.5 put方法)
- [2.3 消费者方法实现原理](#2.3 消费者方法实现原理)
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- [2.3.1 remove方法](#2.3.1 remove方法)
- [2.4.2 poll方法](#2.4.2 poll方法)
- [2.4.3 poll(time,unit)方法](#2.4.3 poll(time,unit)方法)
- [2.4.4 take方法](#2.4.4 take方法)
- [2.4.5 虚假唤醒](#2.4.5 虚假唤醒)
四、阻塞队列
1、基础概念
1.1 生产者消费者概念
生产者消费者是设计模式的一种。让生产者和消费者基于一个容器来解决强耦合问题。
生产者 消费者彼此之间不会直接通讯的，而是通过一个容器（队列）进行通讯。
所以生产者生产完数据后扔到容器中，不通用等待消费者来处理。
消费者不需要去找生产者要数据，直接从容器中获取即可。
而这种容器最常用的结构就是队列。
1.2 JUC阻塞队列的存取方法
常用的存取方法都是来自于JUC包下的BlockingQueue
生产者存储方法
java
add(E) // 添加数据到队列，如果队列满了，无法存储，抛出异常
offer(E) // 添加数据到队列，如果队列满了，返回false
offer(E,timeout,unit) // 添加数据到队列，如果队列满了，阻塞timeout时间，如果阻塞一段时间，依然没添加进入，返回false
put(E) // 添加数据到队列，如果队列满了，挂起线程，等到队列中有位置，再扔数据进去，死等！消费者取数据方法
java
remove() // 从队列中移除数据，如果队列为空，抛出异常
poll() // 从队列中移除数据，如果队列为空，返回null，么的数据
poll(timeout,unit) // 从队列中移除数据，如果队列为空，挂起线程timeout时间，等生产者扔数据，再获取
take() // 从队列中移除数据，如果队列为空，线程挂起，一直等到生产者扔数据，再获取2、ArrayBlockingQueue
2.1 ArrayBlockingQueue的基本使用
ArrayBlockingQueue在初始化的时候，必须指定当前队列的长度。
因为ArrayBlockingQueue是基于数组实现的队列结构，数组长度不可变，必须提前设置数组长度信息。
java
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException, IOException {
// 必须设置队列的长度
ArrayBlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue(4);
// 生产者扔数据
queue.add("1");
queue.offer("2");
queue.offer("3",2,TimeUnit.SECONDS);
queue.put("2");
// 消费者取数据
System.out.println(queue.remove());
System.out.println(queue.poll());
System.out.println(queue.poll(2,TimeUnit.SECONDS));
System.out.println(queue.take());
}2.2 生产者方法实现原理
生产者添加数据到队列的方法比较多，需要一个一个查看
2.2.1 ArrayBlockingQueue的常见属性
ArrayBlockingQueue中的成员变量
sh
lock = 就是一个ReentrantLock
count = 就是当前数组中元素的个数
iterms = 就是数组本身
# 基于putIndex和takeIndex将数组结构实现为了队列结构
putIndex = 存储数据时的下标
takeIndex = 去数据时的下标
notEmpty = 消费者挂起线程和唤醒线程用到的Condition（看成sync的wait和notify）
notFull = 生产者挂起线程和唤醒线程用到的Condition（看成sync的wait和notify）2.2.2 add方法实现
add方法本身就是调用了offer方法，如果offer方法返回false，直接抛出异常
java
public boolean add(E e) {
if (offer(e))
return true;
else
// 抛出的异常
throw new IllegalStateException("Queue full");
}2.2.3 offer方法实现
java
public boolean offer(E e) {
// 要求存储的数据不允许为null，为null就抛出空指针
checkNotNull(e);
// 当前阻塞队列的lock锁
final ReentrantLock lock = this.lock;
// 为了保证线程安全，加锁
lock.lock();
try {
// 如果队列中的元素已经存满了，
if (count == items.length)
// 返回false
return false;
else {
// 队列没满，执行enqueue将元素添加到队列中
enqueue(e);
// 返回true
return true;
}
} finally {
// 操作完释放锁
lock.unlock();
}
}
//==========================================================
private void enqueue(E x) {
// 拿到数组的引用
final Object[] items = this.items;
// 将元素放到指定位置
items[putIndex] = x;
// 对inputIndex进行++操作，并且判断是否已经等于数组长度，需要归位
if (++putIndex == items.length)
// 将索引设置为0
putIndex = 0;
// 元素添加成功，进行++操作。
count++;
// 将一个Condition中阻塞的线程唤醒。
notEmpty.signal();
}2.2.4 offer(time,unit)方法
生产者在添加数据时，如果队列已经满了，阻塞一会。
- 阻塞到消费者消费了消息，然后唤醒当前阻塞线程
- 阻塞到了time时间，再次判断是否可以添加，不能，直接告辞。
java
// 如果线程在挂起的时候，如果对当前阻塞线程的中断标记位进行设置，此时会抛出异常直接结束
public boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
// 非空检验
checkNotNull(e);
// 将时间单位转换为纳秒
long nanos = unit.toNanos(timeout);
// 加锁
final ReentrantLock lock = this.lock;
// 允许线程中断并排除异常的加锁方式
lock.lockInterruptibly();
try {
// 为什么是while（虚假唤醒）
// 如果元素个数和数组长度一致，队列慢了
while (count == items.length) {
// 判断等待的时间是否还充裕
if (nanos <= 0)
// 不充裕，直接添加失败
return false;
// 挂起等待，会同时释放锁资源（对标sync的wait方法）
// awaitNanos会挂起线程，并且返回剩余的阻塞时间
// 恢复执行时，需要重新获取锁资源
nanos = notFull.awaitNanos(nanos);
}
// 说明队列有空间了，enqueue将数据扔到阻塞队列中
enqueue(e);
return true;
} finally {
// 释放锁资源
lock.unlock();
}
}2.2.5 put方法
如果队列是满的， 就一直挂起，直到被唤醒，或者被中断
java
public void put(E e) throws InterruptedException {
checkNotNull(e);
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly();
try {
while (count == items.length)
// await方法一直阻塞，直到被唤醒或者中断标记位
notFull.await();
enqueue(e);
} finally {
lock.unlock();
}
}2.3 消费者方法实现原理
2.3.1 remove方法
java
// remove方法就是调用了poll
public E remove() {
E x = poll();
// 如果有数据，直接返回
if (x != null)
return x;
// 没数据抛出异常
else
throw new NoSuchElementException();
}2.4.2 poll方法
java
// 拉取数据
public E poll() {
// 加锁操作
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
// 如果没有数据，直接返回null，如果有数据，执行dequeue，取出数据并返回
return (count == 0) ? null : dequeue();
} finally {
lock.unlock();
}
}
//==========================================================
// 取出数据
private E dequeue() {
// 将成员变量引用到局部变量
final Object[] items = this.items;
// 直接获取指定索引位置的数据
E x = (E) items[takeIndex];
// 将数组上指定索引位置设置为null
items[takeIndex] = null;
// 设置下次取数据时的索引位置
if (++takeIndex == items.length)
takeIndex = 0;
// 对count进行--操作
count--;
// 迭代器内容，先跳过
if (itrs != null)
itrs.elementDequeued();
// signal方法，会唤醒当前Condition中排队的一个Node。
// signalAll方法，会将Condition中所有的Node，全都唤醒
notFull.signal();
// 返回数据。
return x;
}2.4.3 poll(time,unit)方法
java
public E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
// 转换时间单位
long nanos = unit.toNanos(timeout);
// 竞争锁
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly();
try {
// 如果没有数据
while (count == 0) {
if (nanos <= 0)
// 没数据，也无法阻塞了，返回null
return null;
// 没数据，挂起消费者线程
nanos = notEmpty.awaitNanos(nanos);
}
// 取数据
return dequeue();
} finally {
lock.unlock();
}
}2.4.4 take方法
java
public E take() throws InterruptedException {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly();
try {
// 虚假唤醒
while (count == 0)
notEmpty.await();
return dequeue();
} finally {
lock.unlock();
}
}2.4.5 虚假唤醒
阻塞队列中，如果需要线程挂起操作，判断有无数据的位置采用的是while循环 ，为什么不能换成if
肯定是不能换成if逻辑判断
线程A，线程B，线程E，线程C。 其中ABE生产者，C属于消费者
假如线程的队列是满的
java
// E，拿到锁资源，还没有走while判断
while (count == items.length)
// A醒了
// B挂起
notFull.await();
enqueue(e)；C此时消费一条数据，执行notFull.signal()唤醒一个线程，A线程被唤醒
E走判断，发现有空余位置，可以添加数据到队列，E添加数据，走enqueue
如果判断是if，A在E释放锁资源后，拿到锁资源，直接走enqueue方法。
此时A线程就是在putIndex的位置，覆盖掉之前的数据，造成数据安全问题