高并发之JUC---BlockingQueue (阻塞式队列)

1.JUC简介

JUC(java.util.concurrent)是JDK1.5提供一套用于应对高并发的包：

• java.util.concurrent
• java.util.concurrent.atomic
• java.util.concurrent.lock

JUC包含5部分内容：

1. BlockingQueue
2. ConcurrentMap
3. ExecutorService
4. Lock
5. Atomic

2.BlockingQueue 

2.1 概述：

• 特征：阻塞，FIFO
• 阻塞式队列往往是有界的 - 队列的容量往往是固定的
• 阻塞：当队列为空的时候，试图获取元素的线程会被阻塞；当队列已满的时候，试图放入元素的线程会被阻塞
• 重要方法

	抛出异常	返回值	永久阻塞	定时阻塞
添加	add - IllegalStateException	offer - false	put	offer
移除	remove - NoSuchElementException	poll - null	take	poll

• 阻塞式队列中不允许元素为null
• 适合于生产消费模型

队列为空返回null，返回null队列为空

2.2实现类

1.ArrayBlockingQueue - 阻塞式顺序队列

• 底层依靠数组来存储数据
• 使用的时候需要指定容量，并且容量不可变

2.LinkedBlockingQueue - 阻塞式链式队列

• LinkedBlockingQueue的使用方法和ArrayBlockingQueue是一样的，只有底层实现是不一样
• LinkedBlockingQueue底层是基于节点来实现的 - 单向链表
• 在使用的时候可以指定容量，容量指定之后是不可变的。也可以不指定容量，如果不指定则容量默认为Integer.MAX_VALUE，即231-1。因为实际生产过程中，不会向一个队列中添加21亿个值，所以一般认为此时队列的容量是无限的

3.PriorityBlockingQueue - 具有优先级的阻塞式队列

• 底层基于数组来进行存储，但是本质上是将这个数组扭转成了一个二叉树来进行存储
• 如果不指定容量，则默认初始容量是11，用满之后会扩容
• 会对放入队列中的元素自动的进行排序，要求元素对应的类必须实现Comparable接口，覆盖compareTo方法
• 如果需要在构建队列的时候额外指定比较规则，那么可以传入一个Comparator对象
• 在迭代过程中不保证排序

4.SynchronousQueue - 同步队列 - 在使用的时候不需要指定容量，这个队列的容量默认为1且只能为1

扩展：BlockingDeque - 阻塞式双向/双端队列 - 允许从两端放入元素或者获取元素

2.3代码示例

public class BlockingQueueDemo {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        // 创建队列
        BlockingQueue queue =
                new ArrayBlockingQueue<>(5);

        // 添加元素
        queue.add("a");
        queue.add("a");
        queue.add("a");
        queue.add("a");
        queue.add("a");

        // 队列已满
        // 抛出IllegalStateException
        // queue.add("b");

        // 返回false
        // boolean b = queue.offer("b");
        // System.out.println(b);

        // 产生阻塞
        // queue.put("b");

        // 定时阻塞
        boolean b = queue.offer("b", 5, TimeUnit.SECONDS);
        System.out.println(b);

        System.out.println(queue);

    }

}

public class BlockingQueueDemo2 {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        BlockingQueue queue = new LinkedBlockingQueue<>();

        // 队列为空
        // 抛出NoSuchElementException
        // System.out.println(queue.remove());
        // 返回null
        // System.out.println(queue.poll());
        // 永久阻塞
        // System.out.println(queue.take());
        // 定时阻塞
        System.out.println(queue.poll(5, TimeUnit.SECONDS));

    }

}

当在queue中put 字母时，会按照字母顺序排序，如果添加的是对象，可以编写比较器，如以下示例，可以用分数进行升序或者降序排序

package blockingqueue;

import java.util.Comparator;
import java.util.concurrent.PriorityBlockingQueue;

public class PriorityBlockingQueueDemo {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        // PriorityBlockingQueue queue =
        //         new PriorityBlockingQueue<>();
        // queue.put("r");
        // queue.put("a");
        // queue.put("t");
        // queue.put("h");
        // queue.put("e");
        // queue.put("o");
        // queue.put("m");

        // 队列中的元素能够按照分数进行降序排序
        Comparator c = (o1, o2) -> o2.getScore() - o1.getScore();
        PriorityBlockingQueue queue =
                new PriorityBlockingQueue<>(4, c);
        queue.put(new Student("张三", 50, 59));
        queue.put(new Student("李四", 28, 70));
        queue.put(new Student("王五", 38, 75));
        queue.put(new Student("赵六", 19, 62));

        // for (int i = 0; i < 4; i++) {
        //     System.out.println(queue.take());
        // }

        for (Student s : queue) {
            System.out.println(s);
        }

    }

}

class Student implements Comparable {

    private String name;
    private int age;
    private int score;

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

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public int getScore() {
        return score;
    }

    public void setScore(int score) {
        this.score = score;
    }

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

    // 要求：按照年龄升序
    // 指定比较规则
    // 升序：this-o
    // 降序：o-this
    @Override
    public int compareTo(Student o) {
        return this.age - o.age;
    }
}