Java阻塞队列的实现及应用
1.手写生产者消费者模型
所谓生产者消费者模型,可以用我们生活中的例子来类比:我去一个小摊儿买吃的,老板把已经做好的小吃都放在摆盘上,供我挑选。那么,老板就是生产者;我就是消费者;摆盘就是阻塞队列,用来当做生产与消费的缓冲区。因此,阻塞队列在生产者与消费者模型中起着至关重要的缓冲作用。
此次先演示如何手写阻塞队列(也可以使用Java库中自带的阻塞队列)。
手写的阻塞队列只实现最基础的两个功能:入队和出队。之所以叫阻塞队列,是因为当队空或者队满的时候,都要实现阻塞,直到队中不空或不满的时候,才会取消阻塞。
手写阻塞队列实现如下:
//阻塞队列BlockQueue static class BlockQueue{ //该队列用一个数组来实现,我们让此队列的最大容量为10 private int[] items = new int[10]; private int head = 0; private int tail = 0; private int size = 0; private Object locker =new Object(); //入队 public void put(int item) throws InterruptedException { synchronized(locker) { while (size == items.length) { //入队时,若队满,阻塞 locker.wait(); } items[tail++] = item; //如果到达末尾,重回队首(实现循环队列) if (tail >= items.length) { tail = 0; } size++; locker.notify(); } } //出队 public int back() throws InterruptedException { int ret = 0; synchronized (locker) { while (size == 0) { //出队时,若队空,阻塞 locker.wait(); } ret = items[head++]; if (head >= items.length) { head = 0; } size--; locker.notify(); } return ret; } }
用两个线程充当生产者与消费者:
public static void main(String[] args) throws InterruptedException { BlockQueue blockQueue = new BlockQueue(); //生产者线程 Thread produce = new Thread(){ @Override public void run() { for(int i = 0;i<10000;++i){ try { System.out.println("生产了:"+i); blockQueue.put(i); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } }; produce.start(); //消费者线程 Thread customer = new Thread(){ @Override public void run() { while (true) { try { int res = blockQueue.back(); System.out.println("消费了:" + res); //每次消费后等1秒,也就是生产的快,消费的慢 Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } }; customer.start(); customer.join(); produce.join(); }
结果如下:可以看到,生产者线程先生产元素,(阻塞队列容量为10),当队列满时,队列阻塞,消费者线程消费元素,因为消费的慢,所以接下来生产者线程由于阻塞队列不能快速生产,只能等待消费者线程消费队列中的元素,生产者线程才能随着生产,这就是阻塞队列的缓冲作用。
2.手写定时器
先看一下Java包中的定时器。
下面的代码我们通过调用timer类中的schedule方法来实现定时器功能。schedule方法有两个参数,第一个参数:要执行的任务,第二个参数:时间。
下面的代码中,schedule方法中的第一个任务参数:我们创建了一个TimerTask实例;重写里面的run方法来打印"触发定时器"这句话。第二个参数:3000;表示3秒后执行这个任务。
import java.util.Timer; import java.util.TimerTask; public class Test{ public static void main(String[] args) { Timer timer = new Timer(); System.out.println("代码开始执行"); timer.schedule(new TimerTask() { @Override public void run() { System.out.println("触发定时器"); } },3000); } }
结果如下:
从上面就可以看出来我们手写定时器需要实现以下两个方面:
1.一个Task类,用来描述要实现的任务
2.一个Timer类,类中再实现一个schedule方法
Task类实现
//Task类用来描述任务,它继承Comparable接口是因为要将任务放到优先级阻塞队列中 static class Task implements Comparable<Task>{ //command表示这个任务是什么 private Runnable command; //time是一个时间戳 private long time; public Task(Runnable command,long time){ this.command = command; this.time = System.currentTimeMillis()+time; } public void run(){ command.run(); } //因为要将Task任务放到优先级阻塞队列中,所以要重写compareTo方法,我们将时间短的任务放到队头 @Override public int compareTo(Task o) { return (int)(this.time - o.time); } }
Timer类实现
//Timer类中需要有一个定时器,还需要有一个schedule方法 static class Timer{ //使用优先级阻塞队列来放这些任务,这样才能把最接近时钟的任务放到队头,我们每次扫描队头任务就行了 private PriorityBlockingQueue<Task> queue = new PriorityBlockingQueue<>(); //locker用来解决忙等问题 private Object locker = new Object(); //构造方法中完成定时器功能 public Timer(){ //需要构造一个线程,来不断地扫描队头,来判断队头任务是否到点,也就是是否该开始执行了 Thread t = new Thread(){ @Override public void run() { while(true){ //取出队首任务来判断是否到时间了 try { Task task = queue.take(); long current = System.currentTimeMillis(); //当前时间戳小于时钟时间戳,表明时间还没到,那就等待 if (current < task.time){ queue.put(task); synchronized (locker){ locker.wait(task.time-current); } }else{ //否则时间到,开始执行任务 task.run(); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); break; } } } }; t.start(); } //schedule方法的两个参数,command为任务,delay为一个时间差例如:3000(单位为毫秒) public void schedule(Runnable command,long delay){ Task task = new Task(command,delay); queue.put(task); synchronized (locker){ locker.notify(); } } }
主线程
public static void main(String[] args) { System.out.println("程序启动"); Timer timer = new Timer(); timer.schedule(new Runnable() { @Override public void run() { System.out.println("触发定时器"); } },3000);//3000表示定时时间为3秒 }
结果如下:“程序启动” 在程序启动是立刻显示出来;“触发定时器”在3秒后显示出来。
总结
本篇文章就到这里了,希望能够给你带来帮助,也希望您能够多多关注猪先飞的更多内容!
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