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并发队列ConcurrentLinkedQueue和阻塞栈LinkedBlockingQueue用法和阻塞队列ArrayBlockingQueue

2016-04-29 16:11 1091 查看


并发队列ConcurrentLinkedQueue和阻塞栈LinkedBlockingQueue用法阻塞队列ArrayBlockingQueue

对于阻塞栈,与阻塞队列相似。不同点在于栈是“后入先出”的结构,每次操作的是栈顶,而队列是“先进先出”的结构,每次操作的是队列头。
在Java多线程应用中,队列的使用率很高,多数生产消费模型的首选数据结构就是队列(先进先出)。Java提供的线程安全的Queue可以分为阻塞队列和非阻塞队列,其中阻塞队列的典型例子是BlockingQueue,非阻塞队列的典型例子是ConcurrentLinkedQueue,在实际应用中要根据实际需要选用阻塞队列或者非阻塞队列。
注:什么叫线程安全?这个首先要明确。线程安全就是说多线程访问同一代码,不会产生不确定的结果。
并行和并发区别
1、并行是指两者同时执行一件事,比如赛跑,两个人都在不停的往前跑;

2、并发是指资源有限的情况下,两者交替轮流使用资源,比如一段路(单核CPU资源)同时只能过一个人,A走一段后,让给B,B用完继续给A ,交替使用,目的是提高效率
LinkedBlockingQueue
由于LinkedBlockingQueue实现是线程安全的,实现了先进先出等特性,是作为生产者消费者的首选,LinkedBlockingQueue 可以指定容量,也可以不指定,不指定的话,默认最大是Integer.MAX_VALUE,其中主要用到put和take方法,put方法在队列满的时候会阻塞直到有队列成员被消费,take方法在队列空的时候会阻塞,直到有队列成员被放进来。

package cn.thread;

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;

/**
* 多线程模拟实现生产者/消费者模型
*
* @author 林计钦
* @version 1.0 2013-7-25 下午05:23:11
*/
public class BlockingQueueTest2 {
/**
*
* 定义装苹果的篮子
*
*/
public class Basket {
// 篮子,能够容纳3个苹果
BlockingQueue<String> basket = new LinkedBlockingQueue<String>(3);

// 生产苹果,放入篮子
public void produce() throws InterruptedException {
// put方法放入一个苹果,若basket满了,等到basket有位置
basket.put("An apple");
}

// 消费苹果,从篮子中取走
public String consume() throws InterruptedException {
// take方法取出一个苹果,若basket为空,等到basket有苹果为止(获取并移除此队列的头部)
return basket.take();
}
}

// 定义苹果生产者
class Producer implements Runnable {
private String instance;
private Basket basket;

public Producer(String instance, Basket basket) {
this.instance = instance;
this.basket = basket;
}

public void run() {
try {
while (true) {
// 生产苹果
System.out.println("生产者准备生产苹果:" + instance);
basket.produce();
System.out.println("!生产者生产苹果完毕:" + instance);
// 休眠300ms
Thread.sleep(300);
}
} catch (InterruptedException ex) {
System.out.println("Producer Interrupted");
}
}
}

// 定义苹果消费者
class Consumer implements Runnable {
private String instance;
private Basket basket;

public Consumer(String instance, Basket basket) {
this.instance = instance;
this.basket = basket;
}

public void run() {
try {
while (true) {
// 消费苹果
System.out.println("消费者准备消费苹果:" + instance);
System.out.println(basket.consume());
System.out.println("!消费者消费苹果完毕:" + instance);
// 休眠1000ms
Thread.sleep(1000);
}
} catch (InterruptedException ex) {
System.out.println("Consumer Interrupted");
}
}
}

public static void main(String[] args) {
BlockingQueueTest2 test = new BlockingQueueTest2();

// 建立一个装苹果的篮子
Basket basket = test.new Basket();

ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
Producer producer = test.new Producer("生产者001", basket);
Producer producer2 = test.new Producer("生产者002", basket);
Consumer consumer = test.new Consumer("消费者001", basket);
service.submit(producer);
service.submit(producer2);
service.submit(consumer);
// 程序运行5s后,所有任务停止
//        try {
//            Thread.sleep(1000 * 5);
//        } catch (InterruptedException e) {
//            e.printStackTrace();
//        }
//        service.shutdownNow();
}

}


ConcurrentLinkedQueue

ConcurrentLinkedQueue是Queue的一个安全实现.Queue中元素按FIFO原则进行排序.采用CAS操作,来保证元素的一致性。

LinkedBlockingQueue是一个线程安全的阻塞队列,它实现了BlockingQueue接口,BlockingQueue接口继承自java.util.Queue接口,并在这个接口的基础上增加了take和put方法,这两个方法正是队列操作的阻塞版本。

package cn.thread;

import java.util.concurrent.ConcurrentLinkedQueue;
import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class ConcurrentLinkedQueueTest {
private static ConcurrentLinkedQueue<Integer> queue = new ConcurrentLinkedQueue<Integer>();
private static int count = 2; // 线程个数
//CountDownLatch,一个同步辅助类,在完成一组正在其他线程中执行的操作之前,它允许一个或多个线程一直等待。
private static CountDownLatch latch = new CountDownLatch(count);

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
long timeStart = System.currentTimeMillis();
ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(4);
ConcurrentLinkedQueueTest.offer();
for (int i = 0; i < count; i++) {
es.submit(new Poll());
}
latch.await(); //使得主线程(main)阻塞直到latch.countDown()为零才继续执行
System.out.println("cost time " + (System.currentTimeMillis() - timeStart) + "ms");
es.shutdown();
}

/**
* 生产
*/
public static void offer() {
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
queue.offer(i);
}
}

/**
* 消费
*
* @author 林计钦
* @version 1.0 2013-7-25 下午05:32:56
*/
static class Poll implements Runnable {
public void run() {
// while (queue.size()>0) {
while (!queue.isEmpty()) {
System.out.println(queue.poll());
}
latch.countDown();
}
}
}


运行结果:
costtime 2360ms

改用while (queue.size()>0)后
运行结果:
cost time 46422ms

结果居然相差那么大,看了下ConcurrentLinkedQueue的API原来.size()是要遍历一遍集合的,难怪那么慢,所以尽量要避免用size而改用isEmpty().



Java为阻塞栈定义了接口:java.util.concurrent.BlockingDeque,其实现类也比较多,具体可以查看JavaAPI文档。

下面看一个简单例子:

package cn.thread;

import java.util.concurrent.BlockingDeque;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingDeque;

/**
* 阻塞栈
*
* @author 林计钦
* @version 1.0 2013-7-25 下午05:05:49
*/
public class LinkedBlockingDequeTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
BlockingDeque bDeque = new LinkedBlockingDeque(20);
for (int i = 0; i < 30; i++) {
// 将指定元素添加到此阻塞栈中,如果没有可用空间,将一直等待(如果有必要)。
bDeque.putFirst(i);
System.out.println("向阻塞栈中添加了元素:" + i);
}
System.out.println("程序到此运行结束,即将退出----");
}
}


向阻塞栈中添加了元素:0
向阻塞栈中添加了元素:1
向阻塞栈中添加了元素:2
向阻塞栈中添加了元素:3
向阻塞栈中添加了元素:4
向阻塞栈中添加了元素:5
向阻塞栈中添加了元素:6
向阻塞栈中添加了元素:7
向阻塞栈中添加了元素:8
向阻塞栈中添加了元素:9
向阻塞栈中添加了元素:10
向阻塞栈中添加了元素:11
向阻塞栈中添加了元素:12
向阻塞栈中添加了元素:13
向阻塞栈中添加了元素:14
向阻塞栈中添加了元素:15
向阻塞栈中添加了元素:16
向阻塞栈中添加了元素:17
向阻塞栈中添加了元素:18
向阻塞栈中添加了元素:19


从上面结果可以看到,程序并没结束,二是阻塞住了,原因是栈已经满了,后面追加元素的操作都被阻塞了。

总结了下, 在单位缺乏性能测试下,对自己的编程要求更加要严格,特别是在生产环境下更是要小心谨慎。
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