使用BlockingQueue构建生产者消费者模式--JCIP5.3读书笔记

[本文是我对Java Concurrency In Practice 5.3的归纳和总结. ?转载请注明作者和出处, ?如有谬误, 欢迎在评论中指正. ]?

生产者消费者模式

以缓冲区作为生产者和消费者之间沟通的桥梁: 生产者只负责生产, 将生产出来的数据存入缓冲区. 而消费者只负责消费, 不断的从缓冲区中取出数据进行处理.

生产者消费者模式是非常常用的, 因为应用该模式有效的解耦了生产者和消费者. 生产者不需要知道有没有其他生产者在生产, 也不需要知道有多少个消费者在消费, 而消费者不需要知道数据来自哪个生产者. 另外该模式支持并发操作, 如果生产者直接调用消费者的方法, 生产者就必须等到消费者处理完毕才能返回, 万一消费者处理的速度很慢, 就会白白浪费生产者的时间. 而使用模式的话, 生产者只需要将数据存入缓冲区就可以了.

缓冲区是生产者消费者模式的核心. 生产者将数据存入缓冲区的一端, 消费者则负责从缓冲区的另一端取出数据进行处理, 队列非常适用这样的场景. 由于生产者消费者大多处于不同的线程, 队列就必须是线程安全的--java的BlockingQueue可以满足要求.

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BlockingQueue

BlockingQueue的put方法用于将数据放入队列, 如果队列已满, put方法所在的线程将阻塞, 直到队列不满. take方法用于从队列中取出数据, 如果队列为空, take方法所在的线程将阻塞, 直到队列不为空.

public void put(E e) throws InterruptedException {if (e == null)throw new NullPointerException();final E[] items = this.items;final ReentrantLock lock = this.lock;// 锁定lock.lockInterruptibly();try {try {// 如果队列已满, 就阻塞线程while (count == items.length)notFull.await();} catch (InterruptedException ie) {notFull.signal(); // propagate to non-interrupted threadthrow ie;}insert(e);} finally {lock.unlock();}}private void insert(E x) {items[putIndex] = x;putIndex = inc(putIndex);++count;// 插入数据后唤醒在非空条件上阻塞的线程notEmpty.signal();}public E take() throws InterruptedException {final ReentrantLock lock = this.lock;// 锁定lock.lockInterruptibly();try {try {// 如果队列为空, 就阻塞线程while (count == 0)notEmpty.await();} catch (InterruptedException ie) {notEmpty.signal(); // propagate to non-interrupted threadthrow ie;}E x = extract();return x;} finally {lock.unlock();}}private E extract() {final E[] items = this.items;E x = items[takeIndex];items[takeIndex] = null;takeIndex = inc(takeIndex);--count;// 取出数据后唤醒在notFull条件上阻塞的线程notFull.signal();return x;}

offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)用于将数据放入队列, 如果队列已满, 将最多等待指定的时间, offer返回true时说明数据成功入队, 否则说明没有成功. poll(long timeout, TimeUnit unit)是与offer配对的方法, 用于从队列中取出数据, 如果队列为空, 最多等待指定的时间, poll返回值为null时说明没有取到数据.

public boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {if (e == null)throw new NullPointerException();// 获得阻塞的最大时间long nanos = unit.toNanos(timeout);final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lockInterruptibly();try {for (;;) {// 如果队列没有满, 则插入数据并返回trueif (count != items.length) {insert(e);return true;}// 如果剩余的等待时间小于等于0说明等待时间已超过最大值, 此时返回false, 表明插入没有成功if (nanos <= 0)return false;try {// awaitNanos方法用于阻塞队列, 并返回剩余的时间值nanos = notFull.awaitNanos(nanos);} catch (InterruptedException ie) {notFull.signal(); // propagate to non-interrupted threadthrow ie;}}} finally {lock.unlock();}}public E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {long nanos = unit.toNanos(timeout);final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lockInterruptibly();try {for (;;) {// 如果队列不为空, 就取出数据然后返回if (count != 0) {E x = extract();return x;}// 如果阻塞时间已过最大时间, 就返回null, 说明没有取到数据if (nanos <= 0)return null;try {// awaitNanos方法用于阻塞队列, 并返回剩余的时间值nanos = notEmpty.awaitNanos(nanos);} catch (InterruptedException ie) {notEmpty.signal(); // propagate to non-interrupted threadthrow ie;}}} finally {lock.unlock();}}

BlockingQueue的容量可以是无限的, 也可以是有限的. 无限容量的BlockingQueue永远也不会发生队列已满的事件.

BlockingQueue的常见实现类有ArrayBlockingQueue, LinkedBlockingQueue, 以及PriorityBlockingQueue等. ArrayBlockingQueue底层使用循环数组实现, LinkedBlockingQueue底层使用链表实现. PriorityBlockingQueue则是一个可排序的阻塞队列, 可以按照元素的自然顺序(元素需要实现Comparable接口)或者指定的Comparator排序.

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生产者消费者模式的例子

该例子用于模拟对文件进行索引, 生产者FileCrawler类将待索引的文件放入队列, 消费者Indexer则负责从队列中取出文件进行索引标记.?

/** * 生产者, 生产待索引的文件 */public class FileCrawler implements Runnable {private final BlockingQueue<File> fileQueue;private final FileFilter fileFilter;private final File root;public FileCrawler(BlockingQueue<File> fileQueue, FileFilter fileFilter, File root) {this.fileQueue = fileQueue;this.fileFilter = fileFilter;this.root = root;}public void run() {try {crawl(root);} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();}}private void crawl(File root) throws InterruptedException {File[] entries = root.listFiles(fileFilter);if (entries != null) {for (File entry : entries)if (entry.isDirectory()) {// 递归调用crawl(entry);} else if (!alreadyIndexed(entry)) {// 向队列中添加文件, 如果队列是BOUND的, 且队列已满, 则put方法将阻塞, 直到队列不满System.out.println(entry + ": 等待进行索引 by " + Thread.currentThread().getName());fileQueue.put(entry);}}}private boolean alreadyIndexed(File entry) {return false;}}/** * 消费者, 从队列中取出文件进行索引标记 */public class Indexer implements Runnable {     private final BlockingQueue<File> queue;     public Indexer(BlockingQueue<File> queue) {         this.queue = queue;     }     public void run() {         try {             while (true) {            // 从队列中取出file标记索引. 如果队列为空, take方法将阻塞, 直到队列重新不为空.            File file = queue.take();                indexFile(file);                 System.out.println(file + ": 已进行索引 by " + Thread.currentThread().getName());            }        } catch (InterruptedException e) {             Thread.currentThread().interrupt();         }     }private void indexFile(File file) {}}/** * 测试生产者消费者模式 */public class FileIndexer {public static void startIndexing(File[] roots) {// 创建一个BOUNDED队列, 队列中最大的元素为10个BlockingQueue<File> queue = new LinkedBlockingQueue<File>(10);     FileFilter filter = new FileFilter() {         public boolean accept(File file) { return true; }     };      for (int i = 0; i < roots.length; i++) {    File root = roots[i];    // 启动生产者线程        new Thread(new FileCrawler(queue, filter, root), "producer " + i).start();     }     // 启动3个消费者线程    for (int i = 0; i < 3; i++) {        new Thread(new Indexer(queue), "consumer " + i).start();    }}public static void main(String[] args) {File dir = new File("E:\\TDDOWNLOAD\\mina doc");startIndexing(dir.listFiles(new FileFilter() {@Overridepublic boolean accept(File pathname) {if (pathname.isDirectory()) {return true;}return false;}}));}}

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1 楼 religiose 2012-04-04 blockingqueue 偶队列没有无限一说，看看文档吧，另外，如果队列满了，有哪些策略都没说明白。 2 楼 coolxing 2012-04-06 religiose 写道blockingqueue 偶队列没有无限一说，看看文档吧，另外，如果队列满了，有哪些策略都没说明白。
你说的是ArrayBlockingQueue只能是有界的吧?
我的文章是对JCIP相关内容的总结, 在涉及某个知识点时, 不可能面面俱到. 有时只是做一个初步的探讨...