(十五)java多线程之并发集合ArrayBlockingQueue

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引言

做java的同学们或多或少的接触过Java集合框架.在java集合框架中,大多的集合类是线程不安全的.比如我们常用的

ArrayList

等等.我们写一个例子看,为什么说

ArrayList

是不安全的.

例子1 证明ArrayList是线程不安全的

我们开启100个线程.每个线程向

List

加

100

个数据,那么当所有线程执行完成之后应该是

10000

条,然后就对比一下结果,看看是否为

10000

条.

public class Demo1 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
List<String> list = new ArrayList<>();
Thread[] threads = new Thread[100];
for (int i = 0; i < threads.length; i ++){
threads[i] = new Thread(() -> {
for (int j = 0;j < 100; j ++){
list.add(Thread.currentThread().getName() + ":" + j);
}
});
threads[i].start();
}

for (Thread thread : threads){
thread.join();
}

System.out.println(list.size());
}
}

thread.join();

是让主线程等待所有的子线程执行完,才执行接下来的语句

运行结果为

9979

,而且每次运行结果还不一定是这个数.

当然,我们可以通过学过的知识,在执行

list.add

是给它加锁,比如将

list.add(Thread.currentThread().getName() + ":" + j);

改为

synchronized (list){list.add(Thread.currentThread().getName() + ":" + j);}

这样就能保证线程同步了.

可直接用于并发的集合类

其实java中已经提供了可直接用于并发的集合类,它们可以在多线程中进行

CURD

1操作,而且不需要程序员手动加

lock

或

synchronized

来保证同步.一般来说,它们分以下两种:

阻塞式集合(Blocking Collection): 这类集合一般在添加或删除数据,如果集合已满或为空时,则调用添加和删除方法的线程会被阻塞,直接该方法可以成功执行

非阻塞式集合(Non-Blocking Collection):这类集合一般在添加或删除数据,如果方法不能立即执行时,则会返回

Null

或抛出异常,但调用该方法的线程不会被阻塞.

这节课我将重点讲

ArrayBlockingQueue

,首先先看一下

ArrayBlockingQueue

的api,以及区分这些的差别

add(E)

,

offer(E)

,

pub(E)

都是这队列尾部加入元素E,如果队列不满,则加入成功,并立即返回.如果队列满了,那么

add

会抛出

IllegalStateException

异常

offer

立刻返回

false

put

会让调用的线程一直等待,直到方法执行成功

offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)

,

offer

另一种方法,当集合已满,如果等待时间小于等于0,那么会离开返回false,否则等到指定的时间

poll()

,

take()

,获取队列的数据,如果队列为空,那么

poll

立刻返回null

take

线程等待,直到获取到数据,或被中断

poll(long timeout, TimeUnit unit)

,如队列为空,当指定时间小于等于,立刻返回null,否则等待指定的时间

peek()

: 看一下队列当前的数据,如果队列为空,则立即返回null

例子

之前我们写过山治和路飞的故事,在(十二)java多线程之Exchanger的例子中,其实山治和路飞是一个简单的生产者-消费者模式,只是山治和路飞都要等对方吃完或做完一个才能继续下一个.现在路飞想出另一个办法,在厨房和餐桌之间弄一个传送带,山治把食物做好之后,直接放传送带上,路飞就直接从传送带拿食物.传送带最多只能放10个食物.ok,开始编码..

Food

没有改.

LuFeiRunnable

改为

public class LuFeiRunnable implements Runnable{
ArrayBlockingQueue<String> queue;
Random random = new Random();
public LuFeiRunnable(ArrayBlockingQueue<String> queue) {
this.queue = queue;
}

@Override
public void run() {

while (true){
try {
String take = queue.take();
System.out.println("-->路飞拿到 " + take);
Thread.sleep(random.nextInt(500));
System.out.println("-->路飞吃完 " + take);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}

ShanZhiRunnable

改为

public class ShanZhiRunnable implements Runnable{
ArrayBlockingQueue<String> queue;
Random random = new Random();
public ShanZhiRunnable(ArrayBlockingQueue<String> queue) {
this.queue = queue;
}

@Override
public void run() {
while (true){
try {
String food = Food.getRandomFood();
System.out.println("==>山治开始做 " + food);
Thread.sleep(random.nextInt(500));
System.out.println("==>山治做好了 " + food);
queue.put(food);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}

}
}

测试类改为:

public class TestMain {
public static void main(String[] args) {
ArrayBlockingQueue<String> queue = new ArrayBlockingQueue<>(10);
new Thread(new LuFeiRunnable(queue)).start();
new Thread(new ShanZhiRunnable(queue)).start();
}
}

运行结果:

==>山治开始做 椒麻鸡
==>山治做好了 椒麻鸡
==>山治开始做 牛腩煲
-->路飞拿到 椒麻鸡
==>山治做好了 牛腩煲
==>山治开始做 豆苗炒虾片
==>山治做好了 豆苗炒虾片
==>山治开始做 火鞭牛肉
-->路飞吃完 椒麻鸡
-->路飞拿到 牛腩煲
==>山治做好了 火鞭牛肉
==>山治开始做 桃酥鸡糕
-->路飞吃完 牛腩煲
-->路飞拿到 豆苗炒虾片
==>山治做好了 桃酥鸡糕
==>山治开始做 鸡汤煮干丝
-->路飞吃完 豆苗炒虾片
-->路飞拿到 火鞭牛肉
==>山治做好了 鸡汤煮干丝
==>山治开始做 菊花猪肝汤
-->路飞吃完 火鞭牛肉
-->路飞拿到 桃酥鸡糕
==>山治做好了 菊花猪肝汤
==>山治开始做 清香炒悟鸡
-->路飞吃完 桃酥鸡糕
-->路飞拿到 鸡汤煮干丝
-->路飞吃完 鸡汤煮干丝
-->路飞拿到 菊花猪肝汤
==>山治做好了 清香炒悟鸡
==>山治开始做 槐花猪肠汤
-->路飞吃完 菊花猪肝汤
-->路飞拿到 清香炒悟鸡
-->路飞吃完 清香炒悟鸡
==>山治做好了 槐花猪肠汤
==>山治开始做 瑞士排骨
-->路飞拿到 槐花猪肠汤
-->路飞吃完 槐花猪肠汤
==>山治做好了 瑞士排骨
-->路飞拿到 瑞士排骨
==>山治开始做 芝麻鱼球
-->路飞吃完 瑞士排骨

山治和路飞都很happy,各自都在做自己喜欢做的事情,但是,如果路飞吃到一定阶段,吃不下了,会发生什么呢?比如把

LuFeiRunnable

中的

Thread.sleep(random.nextInt(500));

改为

Thread.sleep(random.nextInt(5000));

,然后运行结果,会发现山治做菜速度也变慢了,因为传送带的食物放不下,山治必须等路飞吃掉一些,这样传送带才能放下食物.

这就想我们去银行排队,医院取号,或者去各种部门排队办业务的时候.如果人来的太多了,那么他们一般的做法就是没号,要么在网上预约,要么下次早点来.这就是生产者(排队的人)生产太快,消费者(银行,医院等)消费太慢了

扩展

ArrayBlockingQueue

的父类是

BlockingQueue

,通过查找

BlockingQueue

的子类,我们能找到以下这几个类.

*

SynchronousQueue

跟

ArrayBlockingQueue

类似,只不过它除了可以用

put

,

offer

,

take

,

add

,

poll

,

take

这几个方法外,其余的例如

isEmpty

,

size

,

clear

,

contains

,

remove

等等,都是无效的,大部分都是直接返回一个固定值.这是因为它是一个没有容量的队列.甚至连一个容量都没有.因此在每次做插入操作的时候,都必须等其他线程做删除操作.

*

LinkedBlockingQueue

跟

ArrayBlockingQueue

类似,只是

ArrayBlockingQueue

是通过数组的方式实现队列,而

LinkedBlockingQueue

是通过列表的方式实现队列.

*

LinkedBlockingDeque

跟

LinkedBlockingQueue

一样是用链表实现队形,只是

LinkedBlockingDeque

为双向链表,可以在头部或尾部进行添加和删除操作.

+

add*

,

offer*

,

put*

这些增加操作跟

LinkedBlockingQueue

和

LinkedBlockingQueue

的

add

,

offer

,

put

是类似的,如果这些方法不带

*

,则都是等价与

*Last

+

poll*

,

take*

这些获取数据操作跟

LinkedBlockingQueue

和

LinkedBlockingQueue

的

poll

,

take

类似的,如果不带

*

,则等价于

*Frist

在学习中,我们要能举一反三.这样我们就会学的比较快.

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