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Java BlockingQueue

提示
  1. 阻塞队列概念：Java的BlockingQueue接口扩展了Queue接口，支持操作在条件满足前等待，如在队列空时等待删除元素。
  2. BlockingQueue的实现：BlockingQueue是一个接口，其实现类包括ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue，用于实现阻塞队列的功能。
  3. BlockingQueue的方法分类：方法分为抛出异常、返回值和阻塞操作三类，如add()、offer()和put()，支持元素的插入和移除，并处理队列满或空的情况。

Java Collections 框架的 BlockingQueue 接口扩展了 Queue 接口。它允许任何操作在可以成功执行之前等待。

例如，如果我们想从一个空队列中删除一个元素，那么阻塞队列允许删除操作等待，直到队列中有一些元素可以被删除。

实现 BlockingQueue 的类​

由于 BlockingQueue 是一个接口，我们不能直接提供它的实现。

为了使用 BlockingQueue 的功能，我们需要使用实现它的类。

ArrayBlockingQueue 和 LinkedBlockingQueue 实现了 Java 中的 BlockingQueue 接口。

如何使用阻塞队列？​

为了使用 BlockingQueue，我们必须导入 java.util.concurrent.BlockingQueue 包。

// BlockingQueue 的数组实现
BlockingQueue<String> animal1 = new ArraryBlockingQueue<>();

// BlockingQueue 的链表实现
BlockingQueue<String> animal2 = new LinkedBlockingQueue<>();

这里，我们分别创建了 ArrayBlockingQueue 和 LinkedBlockingQueue 类的对象 animal1 和 animal2。这些对象可以使用 BlockingQueue 接口的功能。

BlockingQueue 的方法​

根据队列是满的还是空的，阻塞队列的方法可以分为3类：

抛出异常的方法​

  • add() - 将元素插入阻塞队列的队尾。如果队列已满，则抛出异常。
  • element() - 返回阻塞队列的头部。如果队列为空，则抛出异常。
  • remove() - 从阻塞队列中移除一个元素。如果队列为空，则抛出异常。

返回某些值的方法​

  • offer() - 将指定元素插入阻塞队列的队尾。如果队列已满，则返回 false。
  • peek() - 返回阻塞队列的头部。如果队列为空，则返回 null。
  • poll() - 从阻塞队列中移除一个元素。如果队列为空，则返回 null。

关于 offer() 和 poll() 更多信息

offer() 和 poll() 方法可以与超时一起使用。也就是说，我们可以传递时间单位作为参数。例如，

offer(value, 100, milliseconds)

这里，

  • value 是要插入队列的元素
  • 我们设置了 100 毫秒的超时时间

这意味着 offer() 方法将尝试将元素插入阻塞队列 100 毫秒。如果元素在 100 毫秒内无法被插入，该方法将返回 false。

注意： 除了 milliseconds，我们还可以在 offer() 和 poll() 方法中使用以下时间单位：days（天）、hours（小时）、minutes（分钟）、seconds（秒）、microseconds（微秒）和 nanoseconds（纳秒）。

阻塞操作的方法​

BlockingQueue 还提供了阻塞操作并在队列满或空时等待的方法。

  • put() - 将元素插入阻塞队列。如果队列已满，它将等待直到队列有空间来插入元素。
  • take() - 从阻塞队列中移除并返回一个元素。如果队列为空，它将等待直到队列中有元素可以被删除。

假设，我们想向队列中插入元素。如果队列已满，那么 put() 方法将等待直到队列有空间来插入元素。

同样，如果我们想从队列中删除元素。如果队列为空，那么 take() 方法将等待直到队列中有元素可以被删除。

在 ArrayBlockingQueue 中实现 BlockingQueue​

import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;

class Main {

    public static void main(String[] args) {
      // 使用 ArrayBlockingQueue 创建阻塞队列
      BlockingQueue<Integer> numbers = new ArrayBlockingQueue<>(5);

      try {
        // 向阻塞队列中插入元素
        numbers.put(2);
        numbers.put(1);
        numbers.put(3);
        System.out.println("阻塞队列: " + numbers);

        // 从阻塞队列中移除元素
        int removedNumber = numbers.take();
        System.out.println("移除的数字: " + removedNumber);
      }

      catch(Exception e) {
          e.getStackTrace();
      }
    }
}

输出

阻塞队列: [2, 1, 3]
移除的元素: 2

要了解更多关于 ArrayBlockingQueue 的信息，请访问 Java ArrayBlockingQueue。

为什么使用 BlockingQueue？​

在 Java 中，BlockingQueue 被视为线程安全的集合。这是因为它可以在多线程操作中非常有用。

假设一个线程正在向队列中插入元素，另一个线程正在从队列中移除元素。

现在，如果第一个线程运行得更慢，那么阻塞队列可以使第二个线程等待，直到第一个线程完成其操作。

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