Java手書きブロックキューの使用方法
- WBOY転載
- 2023-05-20 09:28:201037ブラウズ
要件分析
ブロッキング キューの主な要件は次のとおりです。
基本キューの機能 キューにデータを入れたり、キューからデータを取り出したりする必要があります。
すべてのキュー操作は 同時実行安全である必要があります。
キューがいっぱいでデータがキューに入れられると、スレッドを一時停止する必要があります。キュー内のデータを取り出してキューにスペースを確保すると、スレッドは一時停止する必要があります。目覚めます。
キューが空で、データがキューからフェッチされる場合、スレッドは一時停止される必要があります。スレッドがキューにデータを追加する場合、一時停止されたスレッドは起動される必要があります。 。
実装するキューでは、配列を使用してデータを保存するため、コンストラクターで配列の初期サイズを指定し、配列の大きさを設定する必要があります。
ブロッキング キューの実装原則
スレッド ブロッキングとウェイクアップ
ブロッキング キューについては、同時実行の安全性##としてすでに説明しました。 # 、スレッドを起動してブロックする必要があるため、同時実行の安全性を確保するためにリエントラント ロック ReentrantLock を選択できますが、スレッドを起動してブロックする必要もあるので、条件変数Condition スレッドのウェイクアップとブロック操作を実行します。Condition では、次の 2 つの関数を使用します:
signal
はスレッドをウェイクアップするために使用されます。スレッドがConditionのsignal関数を呼び出すと、await関数によってブロックされたスレッドをウェイクアップできます。 。await
は、スレッドをブロックするために使用されます。スレッドがConditionのawait関数を呼び出すと、スレッドはブロック。
// 用于保护临界区的锁 private final ReentrantLock lock; // 用于唤醒取数据的时候被阻塞的线程 private final Condition notEmpty; // 用于唤醒放数据的时候被阻塞的线程 private final Condition notFull; // 用于记录从数组当中取数据的位置 也就是队列头部的位置 private int takeIndex; // 用于记录从数组当中放数据的位置 也就是队列尾部的位置 private int putIndex; // 记录队列当中有多少个数据 private int count; // 用于存放具体数据的数组 private Object[] items;Constructorコンストラクターも非常にシンプルで、中心となるのは、配列サイズのパラメーターを渡し、初期化して上記の変数に値を代入することです。
@SuppressWarnings("unchecked")
public MyArrayBlockingQueue(int size) {
this.lock = new ReentrantLock();
this.notEmpty = lock.newCondition();
this.notFull = lock.newCondition();
// 其实可以不用初始化 类会有默认初始化 默认初始化为0
takeIndex = 0;
putIndex = 0;
count = 0;
// 数组的长度肯定不能够小于0
if (size <= 0)
throw new RuntimeException("size can not be less than 1");
items = (E[])new Object[size];
}put functionこれはより重要な関数です。この関数では、キューがいっぱいでない場合、データを配列に直接入れることができます。配列がいっぱいの場合は、スレッドを一時停止する必要があります。 public void put(E x){
// put 函数可能多个线程调用 但是我们需要保证在给变量赋值的时候只能够有一个线程
// 因为如果多个线程同时进行赋值的话 那么可能后一个线程的赋值操作覆盖了前一个线程的赋值操作
// 因此这里需要上锁
lock.lock();
try {
// 如果队列当中的数据个数等于数组的长度的话 说明数组已经满了
// 这个时候需要将线程挂起
while (count == items.length)
notFull.await(); // 将调用 await的线程挂起
// 当数组没有满 或者在挂起之后再次唤醒的话说明数组当中有空间了
// 这个时候需要将数组入队
// 调用入队函数将数据入队
enqueue(x);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
// 解锁
lock.unlock();
}
}
// 将数据入队
private void enqueue(E x) {
this.items[putIndex] = x;
if (++putIndex == items.length)
putIndex = 0;
count++;
notEmpty.signal(); // 唤醒一个被 take 函数阻塞的线程唤醒
}offer functionoffer 関数は put 関数と同じですが、put 関数との違いは、配列内のデータが満たされると、offer 関数は ## を返すことです。ブロックされる代わりに #false。 <pre class="brush:java;">public boolean offer(E e) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
// 如果数组满了 则直接返回false 而不是被阻塞
if (count == items.length)
return false;
else {
// 如果数组没有满则直接入队 并且返回 true
enqueue(e);
return true;
}
} finally {
lock.unlock();
}
}</pre>add function
この関数は上記 2 つの関数と同じ機能で、キューにデータを追加しますが、単一のキューがいっぱいになると、この関数は例外をスローします。
public boolean add(E e) {
if (offer(e))
return true;
else
throw new RuntimeException("Queue full");
}take function
この関数は主にキューからデータの一部を取り出しますが、キューが空の場合、この関数は関数を呼び出すスレッドをブロックします:
public E take() throws InterruptedException {
// 这个函数也是不能够并发的 否则可能不同的线程取出的是同一个位置的数据
// 进行加锁操作
lock.lock();
try {
// 当 count 等于0 说明队列为空
// 需要将线程挂起等待
while (count == 0)
notEmpty.await();
// 当被唤醒之后进行出队操作
return dequeue();
}finally {
lock.unlock();
}
}
private E dequeue() {
final Object[] items = this.items;
@SuppressWarnings("unchecked")
E x = (E) items[takeIndex];
items[takeIndex] = null; // 将对应的位置设置为 null GC就可以回收了
if (++takeIndex == items.length)
takeIndex = 0;
count--; // 队列当中数据少一个了
// 因为出队了一个数据 可以唤醒一个被 put 函数阻塞的线程 如果这个时候没有被阻塞的线程
// 这个函数就不会起作用 也就说在这个函数调用之后被 put 函数挂起的线程也不会被唤醒
notFull.signal(); // 唤醒一个被 put 函数阻塞的线程
return x;
} toString 関数を書き換えます
後続のテスト関数でクラスを出力し、このクラスを出力するときに、オブジェクトの
toString メソッドを呼び出して文字列を取得するため、そして最後にこの文字列を出力します。 <pre class="brush:java;">@Override
public String toString() {
StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
stringBuilder.append("[");
// 这里需要上锁 因为我们在打印的时候需要打印所有的数据
// 打印所有的数据就需要对数组进行遍历操作 而在进行遍历
// 操作的时候是不能进行插入和删除操作的 因为打印的是某
// 个时刻的数据
lock.lock();
try {
if (count == 0)
stringBuilder.append("]");
else {
int cur = 0;
// 对数据进行遍历 一共遍历 count 次 因为数组当中一共有 count
// 个数据
while (cur != count) {
// 从 takeIndex 位置开始进行遍历 因为数据是从这个位置开始的
stringBuilder.append(items[(cur + takeIndex) % items.length].toString() + ", ");
cur += 1;
}
// 删除掉最后一次没用的 ", "
stringBuilder.delete(stringBuilder.length() - 2, stringBuilder.length());
stringBuilder.append(&#39;]&#39;);
}
}finally {
lock.unlock();
}
return stringBuilder.toString();
}</pre>完全なコード
完成したブロッキング キュー コード全体は次のとおりです:
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class MyArrayBlockingQueue<E> {
// 用于保护临界区的锁
private final ReentrantLock lock;
// 用于唤醒取数据的时候被阻塞的线程
private final Condition notEmpty;
// 用于唤醒放数据的时候被阻塞的线程
private final Condition notFull;
// 用于记录从数组当中取数据的位置 也就是队列头部的位置
private int takeIndex;
// 用于记录从数组当中放数据的位置 也就是队列尾部的位置
private int putIndex;
// 记录队列当中有多少个数据
private int count;
// 用于存放具体数据的数组
private Object[] items;
@SuppressWarnings("unchecked")
public MyArrayBlockingQueue(int size) {
this.lock = new ReentrantLock();
this.notEmpty = lock.newCondition();
this.notFull = lock.newCondition();
// 其实可以不用初始化 类会有默认初始化 默认初始化为0
takeIndex = 0;
putIndex = 0;
count = 0;
if (size <= 0)
throw new RuntimeException("size can not be less than 1");
items = (E[])new Object[size];
}
public void put(E x){
lock.lock();
try {
while (count == items.length)
notFull.await();
enqueue(x);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
lock.unlock();
}
}
private void enqueue(E x) {
this.items[putIndex] = x;
if (++putIndex == items.length)
putIndex = 0;
count++;
notEmpty.signal();
}
private E dequeue() {
final Object[] items = this.items;
@SuppressWarnings("unchecked")
E x = (E) items[takeIndex];
items[takeIndex] = null;
if (++takeIndex == items.length)
takeIndex = 0;
count--;
notFull.signal();
return x;
}
public boolean add(E e) {
if (offer(e))
return true;
else
throw new RuntimeException("Queue full");
}
public boolean offer(E e) {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
if (count == items.length)
return false;
else {
enqueue(e);
return true;
}
} finally {
lock.unlock();
}
}
public E poll() {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
try {
return (count == 0) ? null : dequeue();
} finally {
lock.unlock();
}
}
public E take() throws InterruptedException {
lock.lock();
try {
while (count == 0)
notEmpty.await();
return dequeue();
}finally {
lock.unlock();
}
}
@Override
public String toString() {
StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
stringBuilder.append("[");
lock.lock();
try {
if (count == 0)
stringBuilder.append("]");
else {
int cur = 0;
while (cur != count) {
stringBuilder.append(items[(cur + takeIndex) % items.length].toString()).append(", ");
cur += 1;
}
stringBuilder.delete(stringBuilder.length() - 2, stringBuilder.length());
stringBuilder.append(']');
}
}finally {
lock.unlock();
}
return stringBuilder.toString();
}
}次に、上記のコードをテストします:
今、ブロッキングを使用します。キューはプロデューサー/コンシューマー モデルをシミュレートします。ブロッキング キューのサイズを 5 に設定します。プロデューサー スレッドはデータをキューに追加します。データは 0 から 9 までの 10 個の数値です。コンシューマー スレッドは合計 10 回消費します。
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class Test {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
MyArrayBlockingQueue<Integer> queue = new MyArrayBlockingQueue<>(5);
Thread thread = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 往队列当中加入数据：" + i);
queue.put(i);
}
}, "生产者");
Thread thread1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 从队列当中取出数据：" + queue.take());
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 当前队列当中的数据：" + queue);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}, "消费者");
thread.start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
thread1.start();
}
}上記のコードの出力は次のとおりです:
プロデューサーはキューにデータを追加します: 0
プロデューサーはキューにデータを追加します: 1
プロデューサーはキューにデータを追加します: 2
プロデューサーはキューにデータを追加します: 3
プロデューサはキューにデータを追加します: 4
プロデューサはキューにデータを追加します: 5
コンシューマはキューからデータを取り出します: 0
プロデューサはキューにデータを追加します: 6
コンシューマの現在のキュー内のデータ: [1, 2, 3, 4, 5]
コンシューマはキューからデータを取り出します: 1
コンシューマの現在のキュー内のデータ: [2, 3, 4 , 5]
コンシューマはキューからデータを取り出します: 2
コンシューマの現在のキュー内のデータ: [3, 4, 5, 6]
プロデューサはキューにデータを追加します: 7
コンシューマーはキューからデータを取り出します: 3
コンシューマーの現在のキュー内のデータ: [4, 5, 6, 7]
コンシューマーはキューからデータを取り出します: 4
コンシューマの現在のキュー データ: [5, 6, 7]
コンシューマはキューからデータを取り出します: 5
コンシューマの現在のキュー内のデータ: [6, 7]
プロデューサはデータを追加しますキューへ: 8
コンシューマはキューからデータを取り出します: 6
コンシューマの現在のキュー内のデータ: [7, 8]
コンシューマはキューからデータを取り出します: 7
コンシューマの現在のキューのデータ: [8]
コンシューマはキューからデータを取り出します: 8
コンシューマの現在のキューのデータ: []
プロデューサはキューにデータを追加します: 9
コンシューマはキューからデータを取り出します。 :9
コンシューマの現在のキュー内のデータ: []
上記の出力結果から、プロデューサがスレッドは 5 の出力後に一時停止されました。一時停止されていない場合、コンシューマ スレッドは 3 秒間ブロックされるため、プロデューサ スレッドは確実に 1 回で出力を完了できます。ブロッキング キューがいっぱいであるため、数値 5 を出力した後も出力を完了できず、プロデューサー スレッドが中断されました。コンシューマーが消費を開始すると、ブロッキング キューにスペースが空き、プロデューサー スレッドは生産を続行できます。
以上がJava手書きブロックキューの使用方法の詳細内容です。詳細については、PHP 中国語 Web サイトの他の関連記事を参照してください。