【Java ee初阶】多线程(6)

一、阻塞队列

队列的原则:"先进先出",队列分为普通队列,优先级队列等等。在数据结构中,堆是特殊的完全二叉树,一定不要把堆和二叉搜索树混淆。

阻塞队列是一种特殊的队列,也遵循"先进先出"的原则。

阻塞队列的特点:1.线程安全

2.带有阻塞功能

(1)如果队列为空,尝试出队列,就会触发阻塞,直到队列不空

(2)如果队列满了,尝试入队列,也会触发阻塞,直到队列不满

*生产者消费模型

引入生产者消费模型,主要目的是为了减少"锁竞争",生产者和消费者的步调,不一定完全一致。出现不一样的时候阻塞队列可以起到"协调"的作用。

阻塞队列,用于协调多个线程之间的工作。

生产者消费模型,是后端开发中,常见的编程手段。

*什么是耦合

目前,大多数公司采用的是分布式系统。"服务器开发",开发的不是一个服务器程序,通常是一组服务器程序,一台机器搞不定,需要多台机器。

例如:

此时A B C之间是直接调用的关系,因此他们之间的耦合关系就比较大

如果C这个模块修改了,B这个模块就可能也要配合修改

如果要增加一个D,那么也要针对B进行需修改

于是,我们可以在B和C之间加上一个阻塞队列(消息队列MQ)

这样子,如果C产生变动,对于B的影响就非常小了。如果再增加D,那么对于B影响很小。

但是,这样子做也是有代价的,首先,系统结构就更加复杂了,而且网络通信的效率会变得更低。

优点如下:

1、减少资源竞争,提高效率

2、可以更好地做到模块之间的解耦合

3、削峰填谷

A收到多大的压力,此时BCD收到的压力是相同的(此处的压力指的是每秒钟需要处理的请求数目),一旦BCD中某个机器顶不住了,此时整个系统可能就崩溃了

此时,A收到的压力,只是传递给B。而CD则被MQ保护起来了。每个服务器完成的功能不同,有的服务器处理一个请求,消耗的资源更多,有的就更少。

这种单个请求消耗资源较多的服务器,就更容易挂掉(MySQL服务器,就属于是比较脆弱的,容易挂掉的)

一个服务器为什么会挂?因为一个服务器每次处理一个请求,都是要消耗一定的硬件资源的,包括但不限于cpu,内存,硬盘,网络宽带

一个机器,能够提供的硬件资源,是有上限的,同一时刻,如果请求太多了,消耗的总资源超出机器能够提供的资源的上限,那么整个时候机器就会挂机了(系统也就无法进行访问了)

生产者消费者模型:

优点:

1.减少资源竞争,提升效率

2.降低耦合

3.削峰填谷

缺点:

1.系统更加复杂

2.引入队列的层数太多,就会增加网络开销

二、BlockingQueue

针对BlockingQueue,offer / add 等方法,是不带有"阻塞功能"的。

多个线程交互

三、实现阻塞队列

java 复制代码
package Thread;
//自己基于以前学过的知识,写一个阻塞队列

class MyBlockingQueue{ // 阻塞队列。

    private String[] array = null;
    private int size = 0; // 队列的大小。
    private int head = 0; // 队列的头指针。
    private int tail = 0; // 队列的尾指针

    private Object locker = new Object(); // 锁对象,用于保证线程安全。

    public MyBlockingQueue(int capacity){ // 构造方法,初始化队列的大小。
        array = new String[capacity]; // 队列的数组。
    }
    public void put(String element) throws InterruptedException { 
        synchronized(locker){// 入队列。
        if(size >= array.length){
            locker.wait(); // 队列已满,等待。
        }
        array[tail] = element; // 入队列。
        tail++; // 尾指针加1。
        if(tail >= array.length){ // 如果尾指针超过了数组的长度,就从头开始。
            tail = 0; // 尾指针回到0。
        }
        size++; // 队列的大小加1。
        locker.notify(); // 唤醒等待的线程。
    }
    }
    public String take() throws InterruptedException { // 出队列。
        synchronized(locker){ // 出队列。
        if (size==0) {
            locker.wait(); // 队列已空,等待。
        }
        String element = array[head]; // 出队列。
        head++; // 头指针加1。
        if(head >= array.length){ // 如果头指针超过了数组的长度,就从头开始。
            head = 0; // 头指针回到0。
        }
        size--; // 队列的大小减1。
        locker.notify(); // 唤醒等待的线程。
        return element; // 返回出队列的元素。
    }
}
}
public class demo37 {
    public static void main(String[] args) {
        
        MyBlockingQueue myBlockingQueue = new MyBlockingQueue(1000); // 创建一个阻塞队列。
        Thread producer = new Thread(() -> { // 创建一个生产者线程。
            int count = 0; // 计数器,用于记录生产的数量。
            try { // 捕获异常。
                while (true) { // 无限循环,一直生产。
                    myBlockingQueue.put(" " + count); // 入队列。
                    System.out.println("生产了一个元素:" + count); // 打印出生产的元素。
                    count++; // 计数器加1。
                    Thread.sleep(1000); // 生产者休眠 0.5 秒。
                } }catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace(); // 打印异常信息。
                }
});
    
        Thread consumer = new Thread(() -> { // 创建一个消费者线程。
            try { // 捕获异常。
                    while (true) { // 无限循环,一直消费。
                    String take = myBlockingQueue.take(); // 出队列。
                    System.out.println("消耗了一个元素:" + take); // 打印出队列的元素。
                    Thread.sleep(1000); // 消费者休眠 1.5 秒。
                        }}catch (Exception e) {
                            e.printStackTrace(); // 打印异常信息。
                        }
        });
        producer.start(); // 启动生产者线程。
        consumer.start(); // 启动消费者线程。
        try { // 捕获异常。
            producer.join(); // 等待消费者线程结束。
            consumer.join(); // 等待生产者线程结束。
        } catch (InterruptedException e) { // 捕获异常。
            e.printStackTrace(); // 打印异常信息。
        }
    }
}

最终输出:

官方文档上建议用while来写

为什么此处要用while而不是if呢?

因为,进入wait之前,当然要判定一次条件,写作while当wait被唤醒之后,还需要再次判定一次条件。

正常来说,肯定得是条件被打破了才能唤醒,此处条件是size>=length,必然是有其他线程take,size就会<length,触发notify

如果是其他代码,不排除出现,唤醒之后条件仍然成立的可能性。

确定好条件确实是不成立了,然后再继续往下走,相当于"二次确认"的效果。

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