Javaee：阻塞队列和生产者消费者模型

什么是阻塞队列

阻塞队列是一种支持阻塞操作的队列，在多线程中实现通线程之间的通信协调的特殊队列

java中的主要阻塞队列

java中的阻塞队列是一个接口BlockingQueue<>

带有实例化类有：

阻塞队列不仅继承了队列的所有方法，还提供了带有阻塞效果的put方法和take方法

特点

线程安全

阻塞特性

队列为空，尝试出队列，出队列操作就会阻塞，阻塞到其他线程添加元素为止

队列为满，尝试进队列，进队列操作也会阻塞，阻塞到其他线程取走元素为止

以上是线程一往阻塞队列添加元素，线程二从阻塞队列中移除元素

理解有界和无界

有界：在实例化对象的时候，可以在构造方法传参，表示阻塞队列能容纳的最大元素个数
无界：没有设置固定大小的队列，表示可以存储的元素个数范围很大

生产者消费者模型

阻塞队列是生产者消费者模型的交易场所

举个生活中的例子

包饺子
奶奶负责擀饺子皮，奶奶把饺子皮放到一个容器里，我和妈妈把饺子皮从容器中拿出来包饺子。

饺子皮——>资源

奶奶——>生产者

我和妈妈——>消费者

容器——>交易场所（阻塞队列）

阻塞队列发挥的作用

解耦合

举例
服务器A直接与服务器B进行交互，一旦服务器A中的代码发生改变，服务器B越需要做出相应的改变，也就是他们之间的关联度高，耦合度高

解耦合——通过阻塞队列

服务器A不直接与服务器B进行交互，而是通过阻塞队列这个交易场所进行交互，降低了服务器之间的关联度

在生产者消费者模型中的应用

阻塞队列通过充当中间缓存，允许生产者先把数据放入队列，消费者在有空闲时再取出处理，这样就不会因为速度不一致而导致数据丢失或重复处理

削峰填谷

如果服务器A传给B的数据量激增，服务器B没有那么大的接收量，就会瞬间过载

削峰填谷——阻塞队列

在请求量突然增加的情况下，阻塞队列可以缓冲住大量的生产者请求，避免消费者瞬时过载。
当生产量较小时，消费者可以逐步消费队列中积累的数据，从而实现负载平衡和资源优化。

模拟实现阻塞队列

put方法

public void put(String elem) throws InterruptedException {
        synchronized(locker) {//保证原子性
            // 使用while循环来检查队列是否已满，以处理虚假唤醒和条件变化的情况
            while (size >= data.length) {//if的话会出问题，使用wait需要搭配while进行二次判断,如果唤醒wait之后，size还是为0，那么执行下面的操作就会出问题
               //如果队列已满，则当前线程等待，直到被其他线程唤醒
                locker.wait();//抛一下异常
            }
            data[tail] = elem;
            tail++;
            if (tail >= data.length) {
                tail = 0;//便于理解
                //tail=(tail+1)%data.length;

            }
            size++;
            locker.notify();//说明不为空就去唤醒take的wait
        }
    }

take方法

public String take() throws InterruptedException {
        synchronized (locker) {//保证原子性
            // 使用while循环来检查队列是否为空，以处理虚假唤醒和条件变化的情况
            if (size == 0) {
                locker.wait();// 如果队列为空，则当前线程等待，直到被其他线程唤醒
            }

            String ret = data[head];
            head++;
            if (head >= data.length) {
                head = 0;
            }
            size--;
            // 在取出元素并更新队列状态后，通知其他等待的线程
            locker.notify();//相互唤醒，说明没满，就去唤醒put的wait
            return ret;
        }
    }

生产者消费者模型

Thread producer=new Thread(()->{
            int n=0;
            try {
                while(true){
                    queue.put(n+" ");
                    System.out.println("生产元素"+n);
                    n++;
                }
            } catch (InterruptedException e) {
               throw new RuntimeException(e);
            }
        },"生产者");
        Thread consumer=new Thread(()->{
            while(true){
                String n=null;
                try {
                        n=queue.take();
                        System.out.println("消费元素"+n);
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        });
        Thread consumer2=new Thread(()->{
            while(true){
                String n=null;
                try {
                    n=queue.take();
                    System.out.println("消费元素"+n);
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        });