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Java阻塞队列实现生产者消费者模式

2026-02-24 18:27:37 0浏览收藏

Java中利用BlockingQueue实现生产者消费者模式，以线程安全、自动阻塞唤醒的特性大幅简化了多线程协作开发——无需手动编写synchronized、wait/notify等复杂同步逻辑，仅通过put()和take()即可优雅处理队列满或空时的线程等待；ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue等成熟实现开箱即用，配合线程池可高效支撑高并发任务调度，是构建可靠异步系统的核心实践之一。

在Java中如何使用BlockingQueue实现生产者消费者模式_阻塞队列类库实践

在Java中，使用BlockingQueue实现生产者消费者模式是一种高效且线程安全的方式。它简化了多线程编程中的同步问题，无需手动使用synchronized和wait/notify机制，底层已由队列自动处理阻塞与唤醒逻辑。

BlockingQueue简介

BlockingQueue是java.util.concurrent包下的接口，表示一个线程安全的队列，支持在插入或获取元素时进行阻塞操作：

当队列满时，生产者线程调用put()会被阻塞，直到有空间可用
当队列空时，消费者线程调用take()会被阻塞，直到有元素可取

常用的实现类包括：

ArrayBlockingQueue：基于数组的有界阻塞队列
LinkedBlockingQueue：基于链表的可选有界队列
PriorityBlockingQueue：支持优先级排序的无界阻塞队列
SynchronousQueue：不存储元素的阻塞队列，每个插入必须等待对应移除

定义共享任务队列

创建一个BlockingQueue实例作为生产者和消费者之间的数据通道。例如，使用ArrayBlockingQueue限定最多存放10个任务：

BlockingQueue<String> queue = new ArrayBlockingQueue<>(10);

该队列将用于传递消息或任务对象，所有生产者向其中添加数据，所有消费者从中取出数据。

实现生产者线程

生产者模拟生成数据并放入队列。利用put()方法自动处理队列满时的阻塞：

class Producer implements Runnable {
    private final BlockingQueue<String> queue;

    public Producer(BlockingQueue<String> queue) {
        this.queue = queue;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            for (int i = 1; i <= 20; i++) {
                String task = "Task-" + i;
                queue.put(task);
                System.out.println("Produced: " + task);
                Thread.sleep(500); // 模拟生产耗时
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        }
    }
}

循环中每生成一个任务就调用put()，若队列满则自动暂停执行，直到消费者腾出空间。

实现消费者线程

消费者从队列中取出任务进行处理，使用take()方法在队列为空时自动阻塞：

class Consumer implements Runnable {
    private final BlockingQueue<String> queue;

    public Consumer(BlockingQueue<String> queue) {
        this.queue = queue;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            while (true) {
                String task = queue.take();
                System.out.println("Consumed: " + task);
                Thread.sleep(800); // 模拟处理时间
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        }
    }
}

消费者无限循环获取任务，take()会一直阻塞直到有新任务到达，适合长期运行的服务场景。

启动生产者和消费者线程

通过ExecutorService管理多个生产者和消费者线程：

public class ProducerConsumerDemo {
    public static void main(String[] args) {
        BlockingQueue<String> queue = new ArrayBlockingQueue<>(10);

        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(5);
        executor.submit(new Producer(queue));
        executor.submit(new Consumer(queue));
        executor.submit(new Consumer(queue)); // 可启动多个消费者

        // 运行一段时间后关闭
        executor.shutdown();
        try {
            if (!executor.awaitTermination(30, TimeUnit.SECONDS)) {
                executor.shutdownNow();
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            executor.shutdownNow();
        }
    }
}

此示例启动一个生产者和两个消费者，利用线程池统一调度资源。

基本上就这些。BlockingQueue让生产者消费者模式变得简洁可靠，关键是选择合适的实现类并合理设置容量，避免内存溢出或性能瓶颈。实际项目中可用于任务调度、消息中间件、日志处理等高并发场景。

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