Java 的 wait() 和 notify() 方法如何實作阻塞佇列？

Java中的wait()和notify()：帶有隊列的簡單場景

Java中的wait()和notify( )方法提供了執行緒同步的機制。讓我們探討一個簡單的場景，其中這些方法可用於實現阻塞隊列。

阻塞佇列實作

阻塞佇列是一種佇列資料結構，在下列情況下會阻塞執行緒：如果不符合特定條件，則嘗試執行某些操作。在我們的實作中，我們將實作 put() 和 take() 方法，如果佇列已滿或為空，它們將分別阻塞。

public class BlockingQueue<T> {

    private Queue<T> queue = new LinkedList<>();
    private int capacity;

    public BlockingQueue(int capacity) {
        this.capacity = capacity;
    }

    // Blocks if the queue is full (no space to insert)
    public synchronized void put(T element) throws InterruptedException {
        while (queue.size() == capacity) {
            wait();
        }

        queue.add(element);
        notifyAll();
    }

    // Blocks if the queue is empty (nothing to remove)
    public synchronized T take() throws InterruptedException {
        while (queue.isEmpty()) {
            wait();
        }

        T item = queue.remove();
        notifyAll();
        return item;
    }
}

用法

現在，讓我們看看如何使用這個阻塞隊列。

BlockingQueue<Integer> queue = new BlockingQueue<>(10);

// Producer thread: adds elements to the queue
new Thread(() -> {
    for (int i = 0; i < 15; i++) {
        try {
            queue.put(i);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}).start();

// Consumer thread: retrieves elements from the queue
new Thread(() -> {
    for (int i = 0; i < 15; i++) {
        try {
            System.out.println(queue.take());
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}).start();

在這個例子中，生產者執行緒將向佇列，達到容量限制時阻塞。消費者執行緒將檢索元素，當佇列為空時阻塞。

關鍵注意事項

• 使用同步區塊： wait()且notify()必須在synchronized區塊中使用，以確保線程安全並防止丟失信號。
• 使用a while 循環： 使用 while 循環來檢查由於虛假喚醒而導致的條件（當線程在沒有通知的情況下重新激活時）。
• 考慮 Java 1.5 並發庫： Java 1.5 引入了具有更高級別抽象（例如 Lock 和 Condition）的並發庫。它提供了一種更乾淨、更通用的方法。

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