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大数据必学Java基础（六十六）：BlockingQueue常见子类

时间：2022-10-03 11:34:15浏览次数：55  
标签：Java 子类 必学 System aq println new public out


大数据必学Java基础（六十六）：BlockingQueue常见子类_java

文章目录

​​BlockingQueue常见子类​​

​​一、ArrayBlockingQueue​​

​​1、添加元素​​

​​2、获取元素​​

​​3、源码​​

​​4、其他的添加或者获取的方法都是依托与这个入队和出队的基础方法​​

​​5、感受一下put和take的阻塞​​

​​二、LinkedBlockingQueue​​

​​1、添加元素​​

​​2、取出元素​​

​​3、特点​​

​​4、源码​​

​​5、put的阻塞​​

​​三、SynchronousQueue​​

​​1、先添加元素​​

​​2、put方法阻塞​​

​​3、先取再放​​

​​4、poll方法​​

​​四、PriorityBlockingQueue ​​

​​1、添加null数据​​

​​2、添加四个数据​​

​​3、取出数据​​

BlockingQueue常见子类

一、ArrayBlockingQueue

源码中的注释的解释说明：

大数据必学Java基础（六十六）：BlockingQueue常见子类_jvm_02

1、添加元素

package com.lanson.test05;

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * @author : Lansonli
 */
public class Test01 {
    //这是main方法，程序的入口
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //创建一个队列，队列可以指定容量指定长度3：
        ArrayBlockingQueue aq = new ArrayBlockingQueue(3);
        //添加元素：
        //【1】添加null元素：不可以添加null元素，会报空指针异常：NullPointerException
        //aq.add(null);
        //aq.offer(null);
        //aq.put(null);
        //【2】正常添加元素：
        aq.add("aaa");
        aq.offer("bbb");
        aq.put("ccc");
        System.out.println(aq);//[aaa, bbb, ccc]

        //【3】在队列满的情况下，再添加元素：
        //aq.add("ddd");//在队列满的情况下，添加元素 出现异常：Queue full
        //System.out.println(aq.offer("ddd"));//没有添加成功，返回false
        //设置最大阻塞时间，如果时间到了，队列还是满的，就不再阻塞了
        //aq.offer("ddd",2, TimeUnit.SECONDS);
        //真正阻塞的方法： put ,如果队列满，就永远阻塞
        aq.put("ddd");
        System.out.println(aq);
    }
}

2、获取元素

package com.lanson.test05;

import javax.sound.midi.Soundbank;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * @author : Lansonli
 */
public class Test02 {
    //这是main方法，程序的入口
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //创建一个队列，队列可以指定容量指定长度3：
        ArrayBlockingQueue aq = new ArrayBlockingQueue(3);
        aq.add("aaa");
        aq.add("bbb");
        aq.add("ccc");
        //得到头元素但是不移除
        System.out.println(aq.peek());
        System.out.println(aq);
        //得到头元素并且移除
        System.out.println(aq.poll());
        System.out.println(aq);
        //得到头元素并且移除
        System.out.println(aq.take());
        System.out.println(aq);

        //清空元素：
        aq.clear();
        System.out.println(aq);

        System.out.println(aq.peek());//null
        System.out.println(aq.poll());//null
        //设置阻塞事件，如果队列为空，返回null，时间到了以后就不阻塞了
        //System.out.println(aq.poll(2, TimeUnit.SECONDS));
        //真正阻塞：队列为空，永远阻塞
        System.out.println(aq.take());


    }
}

3、源码

public class ArrayBlockingQueue<E> {
        //底层就是一个数组：
        final Object[] items;
        //取元素用到的索引，初始结果为0
        int takeIndex;
        //放元素用到的索引，初始结果为0
        int putIndex;
        //数组中元素的个数：
        int count;

        //一把锁：这个锁肯定很多方法中用到了，所以定义为属性，初始化以后可以随时使用
    final ReentrantLock lock;

    //锁伴随的一个等待吃：notEmpty
    private final Condition notEmpty;

    //锁伴随的一个等待吃：notFull
    private final Condition notFull;

        //构造器：
        public ArrayBlockingQueue(int capacity) {//传入队列指定的容量
        this(capacity, false);
    }
        
        public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {//传入队列指定的容量
                //健壮性考虑
        if (capacity <= 0)
            throw new IllegalArgumentException();
                //初始化底层数组
        this.items = new Object[capacity];
                //初始化锁 和  等待队列
        lock = new ReentrantLock(fair);
        notEmpty = lock.newCondition();
        notFull =  lock.newCondition();
    }

        //两个基本方法：一个是入队，一个是出队  ，是其他方法的基础：
        //入队：
        private void enqueue(E x) {
        // assert lock.getHoldCount() == 1;
        // assert items[putIndex] == null;
        final Object[] items = this.items;//底层数组赋给items
                //在对应的下标位置放入元素
        items[putIndex] = x;
        if (++putIndex == items.length) //++putIndex putIndex 索引 加1
            putIndex = 0;
                //每放入一个元素，count加1操作
        count++;
        notEmpty.signal();
    }


        //出队：
        private E dequeue() {
        // assert lock.getHoldCount() == 1;
        // assert items[takeIndex] != null;
        final Object[] items = this.items;//底层数组赋给items
        @SuppressWarnings("unchecked")
        E x = (E) items[takeIndex];//在对应的位置取出元素
        items[takeIndex] = null;//对应位置元素取出后就置为null
        if (++takeIndex == items.length)//++takeIndex 加1操作
            takeIndex = 0;
        count--;//每取出一个元素，count减1操作
        if (itrs != null)
            itrs.elementDequeued();
        notFull.signal();
        return x;//将取出的元素作为方法的返回值
    }

}

takeIndex和putIndex置为0的原因：

大数据必学Java基础（六十六）：BlockingQueue常见子类_BlockingQueue_03

4、其他的添加或者获取的方法都是依托与这个入队和出队的基础方法

大数据必学Java基础（六十六）：BlockingQueue常见子类_开发语言_04

5、感受一下put和take的阻塞

大数据必学Java基础（六十六）：BlockingQueue常见子类_main方法_05

上面的while不可以换为if，因为如果notFull中的线程被激活的瞬间，有其他线程放入元素，那么队列就又满了。

那么沿着await后面继续执行就不可以，所以一定要反复确定队列是否满的，才能放入元素。

 

二、LinkedBlockingQueue

一个可选择的有边界的队列：

意思就是队列的长度可以指定，也可以不指定

大数据必学Java基础（六十六）：BlockingQueue常见子类_java_06

 

1、添加元素

package com.lanson.test05;

import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * @author : Lansonli
 */
public class Test01 {
    //这是main方法，程序的入口
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //创建一个队列，队列可以指定容量指定长度3：
        LinkedBlockingQueue aq = new LinkedBlockingQueue(3);
        //添加元素：
        //【1】添加null元素：不可以添加null元素，会报空指针异常：NullPointerException
        //aq.add(null);
        //aq.offer(null);
        aq.put(null);
        //【2】正常添加元素：
        aq.add("aaa");
        aq.offer("bbb");
        aq.put("ccc");
        System.out.println(aq);//[aaa, bbb, ccc]

        //【3】在队列满的情况下，再添加元素：
        //aq.add("ddd");//在队列满的情况下，添加元素 出现异常：Queue full
        //System.out.println(aq.offer("ddd"));//没有添加成功，返回false
        //设置最大阻塞时间，如果时间到了，队列还是满的，就不再阻塞了
        //aq.offer("ddd",2, TimeUnit.SECONDS);
        //真正阻塞的方法： put ,如果队列满，就永远阻塞
        aq.put("ddd");
        System.out.println(aq);
    }
}

 

2、取出元素

package com.lanson.test05;

import javax.sound.midi.Soundbank;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * @author : Lansonli
 */
public class Test02 {
    //这是main方法，程序的入口
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //创建一个队列，队列可以指定容量指定长度3：
        LinkedBlockingQueue aq = new LinkedBlockingQueue();
        aq.add("aaa");
        aq.add("bbb");
        aq.add("ccc");
        //得到头元素但是不移除
        System.out.println(aq.peek());
        System.out.println(aq);
        //得到头元素并且移除
        System.out.println(aq.poll());
        System.out.println(aq);
        //得到头元素并且移除
        System.out.println(aq.take());
        System.out.println(aq);

        //清空元素：
        aq.clear();
        System.out.println(aq);

        System.out.println(aq.peek());//null
        System.out.println(aq.poll());//null
        //设置阻塞事件，如果队列为空，返回null，时间到了以后就不阻塞了
        //System.out.println(aq.poll(2, TimeUnit.SECONDS));
        //真正阻塞：队列为空，永远阻塞
        System.out.println(aq.take());


    }
}

3、特点

ArrayBlockingQueue ： 不支持读写同时操作，底层基于数组的。

LinkedBlockingQueue：支持读写同时操作，并发情况下，效率高。底层基于链表。

4、源码

入队操作：

大数据必学Java基础（六十六）：BlockingQueue常见子类_jvm_07

 出队操作：

大数据必学Java基础（六十六）：BlockingQueue常见子类_main方法_08

public class LinkedBlockingQueue<E>{
        //内部类Node就是链表的节点的对象对应的类：
        static class Node<E> {
        E item;//封装你要装的那个元素

        Node<E> next;//下一个Node节点的地址

        Node(E x) { item = x; }//构造器
    }
        //链表的长度
        private final int capacity;
        //计数器：
        private final AtomicInteger count = new AtomicInteger();
        //链表的头结点
        transient Node<E> head;
        //链表的尾结点
        private transient Node<E> last;
        //取元素用的锁
        private final ReentrantLock takeLock = new ReentrantLock();
        //等待池
    private final Condition notEmpty = takeLock.newCondition();
    //放元素用的锁
    private final ReentrantLock putLock = new ReentrantLock();
    //等待池
    private final Condition notFull = putLock.newCondition();

        public LinkedBlockingQueue() {
        this(Integer.MAX_VALUE);//调用类本类的空构造器，传入正21亿
    }

        public LinkedBlockingQueue(int capacity) {
                //健壮性考虑
        if (capacity <= 0) throw new IllegalArgumentException();
                //给队列指定长度
        this.capacity = capacity;
                //last，head指向一个新的节点，新的节点中 元素为null
        last = head = new Node<E>(null);
    }


        //入队：
        private void enqueue(Node<E> node) {
        last = last.next = node;
    }

        //出队：
        private E dequeue() {
        Node<E> h = head;//h指向了head
        Node<E> first = h.next;//first 指向head的next
        h.next = h; // help GC   h.next指向自己，更容易被GC发现 被GC
        head = first;//head的指向指为first
        E x = first.item;//取出链中第一个元素，给了x
        first.item = null;
        return x;//把x作为方法的返回值
    }
}

5、put的阻塞

阻塞的前提是  队列是固定长度的

大数据必学Java基础（六十六）：BlockingQueue常见子类_BlockingQueue_09

三、SynchronousQueue

大数据必学Java基础（六十六）：BlockingQueue常见子类_main方法_10

这个特殊的队列设计的意义：

大数据必学Java基础（六十六）：BlockingQueue常见子类_java_11

 

大数据必学Java基础（六十六）：BlockingQueue常见子类_开发语言_12

 

1、先添加元素

public class Test01 {
    //这是main方法，程序的入口
    public static void main(String[] args) {
        SynchronousQueue sq = new SynchronousQueue();
        sq.add("aaa");
    }
}

直接报错：说队列满了，因为队列没有容量，理解为满也是正常的

大数据必学Java基础（六十六）：BlockingQueue常见子类_main方法_13

2、put方法阻塞

队列是空的，可以理解为队列满了，满的话放入元素 put 一定会阻塞 

public class Test01 {
    //这是main方法，程序的入口
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        SynchronousQueue sq = new SynchronousQueue();
        sq.put("aaa");
    }
}

大数据必学Java基础（六十六）：BlockingQueue常见子类_jvm_14

 

3、先取再放

package com.lanson.test06;

import java.util.concurrent.SynchronousQueue;

/**
 * @author : Lansonli
 */
public class Test02 {
    //这是main方法，程序的入口
    public static void main(String[] args) {
        SynchronousQueue sq = new SynchronousQueue();

        //创建一个线程，取数据：
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while(true){
                    try {
                        System.out.println(sq.take());
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }).start();

        //搞一个线程，往里面放数据：
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    sq.put("aaa");
                    sq.put("bbb");
                    sq.put("ccc");
                    sq.put("ddd");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }
        }).start();
    }
}

结果：

大数据必学Java基础（六十六）：BlockingQueue常见子类_jvm_15

4、poll方法

package com.lanson.test06;

import java.util.concurrent.SynchronousQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * @author : Lansonli
 */
public class Test02 {
    //这是main方法，程序的入口
    public static void main(String[] args) {
        SynchronousQueue sq = new SynchronousQueue();

        //创建一个线程，取数据：
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while(true){
                    try {
                        //设置一个阻塞事件：超出事件就不阻塞了
                        Object result = sq.poll(5, TimeUnit.SECONDS);
                        System.out.println(result);
                        if(result == null){
                            break;
                        }
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }).start();

        //搞一个线程，往里面放数据：
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    sq.put("aaa");
                    sq.put("bbb");
                    sq.put("ccc");
                    sq.put("ddd");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }
        }).start();
    }
}

 

大数据必学Java基础（六十六）：BlockingQueue常见子类_main方法_16

注意：取出元素 不能用peek，因为peek不会将元素从队列中拿走，只是查看的效果；

四、PriorityBlockingQueue 

带有优先级的阻塞队列。

优先级队列，意味着队列有先后顺序的，数据有不同的权重。 

无界的队列，没有长度限制，但是在你不指定长度的时候，默认初始长度为11，也可以手动指定，

当然随着数据不断的加入，底层（底层是数组Object[]）会自动扩容，直到内存全部消耗殆尽了，导致 OutOfMemoryError内存溢出 程序才会结束。

大数据必学Java基础（六十六）：BlockingQueue常见子类_jvm_17

不可以放入null元素的，不允许放入不可比较的对象（导致抛出ClassCastException），对象必须实现内部比较器或者外部比较器。 

1、添加null数据

public class Test {
    //这是main方法，程序的入口
    public static void main(String[] args) {
        PriorityBlockingQueue pq = new PriorityBlockingQueue();
        pq.put(null);
    }
}

大数据必学Java基础（六十六）：BlockingQueue常见子类_开发语言_18

2、添加四个数据

package com.lanson.test07;

/**
 * @author : Lansonli
 */
public class Student implements Comparable<Student> {
    String name;
    int age;

    public Student() {
    }

    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }

    @Override
    public int compareTo(Student o) {
        return this.age - o.age;
    }
}


package com.lanson.test07;

import java.util.concurrent.PriorityBlockingQueue;

/**
 * @author : Lansonli
 */
public class Test02 {
    //这是main方法，程序的入口
    public static void main(String[] args) {
        PriorityBlockingQueue<Student> pq = new PriorityBlockingQueue<>();
        pq.put(new Student("nana",18));
        pq.put(new Student("lulu",11));
        pq.put(new Student("feifei",6));
        pq.put(new Student("mingming",21));
        System.out.println(pq);
    }
}

结果：

大数据必学Java基础（六十六）：BlockingQueue常见子类_java_19

发现结果并没有按照优先级顺序排列 

3、取出数据

package com.lanson.test07;

import java.util.concurrent.PriorityBlockingQueue;

/**
 * @author : Lansonli
 */
public class Test02 {
    //这是main方法，程序的入口
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        PriorityBlockingQueue<Student> pq = new PriorityBlockingQueue<>();
        pq.put(new Student("nana",18));
        pq.put(new Student("lulu",11));
        pq.put(new Student("feifei",6));
        pq.put(new Student("mingming",21));
        System.out.println("------------------------------------------");
        System.out.println(pq.take());
        System.out.println(pq.take());
        System.out.println(pq.take());
        System.out.println(pq.take());
    }
}

大数据必学Java基础（六十六）：BlockingQueue常见子类_开发语言_20

 

从结果证明，这个优先级队列，并不是在put数据的时候计算谁在前谁在后

而是取数据的时候，才真正判断谁在前谁在后

优先级：取数据的优先级

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