【多线程案例】生产者消费者模型（堵塞队列）

1. 什么是堵塞队列？

堵塞队列也是队列，故遵循先进先出的原则。但堵塞队列是一种线程安全的数据结构，可以避免线程安全问题，当队列为空时，继续出队列会发生堵塞，直至其他线程有元素进队列。当队列满时，继续入队列会堵塞，直至其他线程有元素出队列。
生产者消费者模型就是最经典的堵塞队列模型之一。

2. 堵塞队列的方法

Java标准库里含有堵塞队列，我们使用时可以直接使用标准库即可。

• BlockingQueue是个接口，真正实现的类是：LinkedBlockingQueue。
• put方法入队列，take方法出队列，具有堵塞性。
• peek，offer，poll等方法也可以使用，但是不具有堵塞性。

BlockingQueue<Integer> queue = new LinkedBlockingQueue<>();
queue.put();
queue.take();

3. 生产者消费者模型

这是一个常见的并发编程模型，用于协调生产者和消费者之间的工作，在这个模型中，一个线程负责生产元素，一个线程负责消费元素。
它也是一个堵塞队列 ，所以具有堵塞队列的特性。

public class Test {public static void main(String[] args) {BlockingQueue<Integer> queue = new LinkedBlockingQueue<>();//t1线程负责生产元素Thread t1 = new Thread(() -> {try{Random random = new Random();while (true){int i = random.nextInt();System.out.println("生产元素: " + i);queue.put(i);Thread.sleep(1000);}}catch (InterruptedException e){e.printStackTrace();}});//t2负责消费元素Thread t2 = new Thread(() -> {try {while(true){int i = queue.take();System.out.println("消费元素: " + i);}} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}});t1.start();t2.start();}
}

运行结果：

4. 自己实现堵塞队列

自己实现堵塞队列需要满足：

• 通过循环队列来实现；
• 使用synchronized实现加锁，进行同步；
• put 插入元素的时候, 判定如果队列满了, 就进行 wait. (注意, 要在循环中进行 wait. 被唤醒时不一定队列就不满了, 因为同时可能是唤醒了多个线程)；
• take 取出元素的时候, 判定如果队列为空, 就进行 wait. (也是循环 wait) ；

class BlockingQueue{//定义一个数组private int[] arr;//数组中元素个数private int size = 0;//记录数组头的位置private int read = 0;//记录尾的位置private int tail = 0;//锁Object lock = new Object();//构造方法，确定数组大小public BlockingQueue(int i){arr = new int[i];}//入队列public void put(int value){try{//加锁，保证线程安全synchronized (lock){//使用while，不要使用if，否则notifyAll时，所有等待线程都被唤醒，造成线程安全while(arr.length == size){lock.wait();}arr[tail] = value;//循环队列tail = (tail + 1) % arr.length;//添加一个元素，size加一次size++;//唤醒所有线程lock.notifyAll();}}catch (InterruptedException e){e.printStackTrace();}}public int take() {//返回值，不能写在try里面int value = 0;try {//上锁synchronized (lock) {//队列为0，等待，使用whilewhile (size == 0) {lock.wait();}//赋返回值value = arr[read];//循环read = (read + 1) % arr.length;//出队列一个，减一个size--;//唤醒lock.notifyAll();}} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}//返回值return value;}}
public class Test4 {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {BlockingQueue queue = new BlockingQueue(10);Thread t1 = new Thread(() -> {try{Random random = new Random();while (true){int value = random.nextInt(100);System.out.println("生产元素: " + value);queue.put(value);Thread.sleep(100);}}catch (InterruptedException e){e.printStackTrace();}});//t2负责消费元素Thread t2 = new Thread(() -> {while(true){int value = queue.take();System.out.println("消费元素: " + value);}});t1.start();Thread.sleep(2000);t2.start();}
}

1 因为t2 未启动，所以只能生产元素，当生产10个元素后，队列满了，进入堵塞，等待被唤醒；
2 因为t1生产时，每次都会休眠，线程执行非常迅速，所以队列一直出元素，直到队列为空，进入堵塞，等待被唤醒；
3生产一个元素消费一个元素。