Java实现自定义阻塞队列

Java实现自定义阻塞队列主要是基于Java多线程的特性和数据结构的知识进行设计和实现。下面详细讲解实现自定义阻塞队列的完整攻略：

1. 阻塞队列的概念

阻塞队列是一种特殊的队列，它在插入和删除操作时有一定的阻塞机制，以防止线程竞争带来的并发问题。常见的阻塞队列有ArrayBlockingQueue和LinkedBlockingQueue等。

2. Java多线程的基础知识

在实现自定义阻塞队列时，需要掌握Java多线程的基础知识，包括线程的创建、启动和结束，线程间的通信、同步机制等。

3. 实现自定义阻塞队列的步骤

3.1 设计数据结构

首先需要设计储存数据的数据结构，例如使用数组、链表等。注意双向链表可以同时满足队列和栈的特性。

3.2 实现插入操作

在插入操作时，需要先判断队列是否已满，如果已满则阻塞线程，等待其他线程进行出队操作。可以通过wait()和notifyAll()方法实现线程间的通信。

下面是一个简单的插入操作示例：

public synchronized void enqueue(E element) throws InterruptedException {
   while (isFull()) {
      wait();
   }
   //进行插入操作
   //...
   notifyAll();
}

3.3 实现删除操作

在删除操作时，需要先判断队列是否为空，如果为空则阻塞线程，等待其他线程进行入队操作。同样可以通过wait()和notifyAll()方法实现线程间的通信。

下面是一个简单的删除操作示例：

public synchronized E dequeue() throws InterruptedException {
   while (isEmpty()) {
      wait();
   }
   //进行删除操作
   //...
   notifyAll();
}

3.4 实现线程安全

在多线程环境下，需要对自定义队列进行线程安全的设计和实现。可以使用synchronized关键字对方法进行加锁，也可以使用ReentrantLock等锁类进行线程同步。

3.5 实现容量限制

如果要限制队列容量，则需要在插入和删除操作时进行容量判断，避免队列溢出或没有数据时出队操作的阻塞。

下面是一个简单的容量限制示例：

public synchronized boolean isFull() {
   return size == capacity;
}

4. 示例应用

4.1 实现生产者-消费者模型

自定义阻塞队列可以应用于生产者-消费者模型。生产者将数据写入队列，消费者从队列中获取数据进行处理。如果队列满了则生产者等待，如果队列为空则消费者等待。

示例代码如下：

public class Producer implements Runnable {
   private BlockingQueue<String> queue;
   public Producer(BlockingQueue<String> queue) {
      this.queue = queue;
   }
   @Override
   public void run() {
      try {
         while (true) {
            String data = "data";
            queue.put(data);
            System.out.println("Producer: " + data + " put into queue.");
         }
      } catch (InterruptedException ex) {
         ex.printStackTrace();
      }
   }
}

public class Consumer implements Runnable {
   private BlockingQueue<String> queue;
   public Consumer(BlockingQueue<String> queue) {
      this.queue = queue;
   }
   @Override
   public void run() {
      try {
         while (true) {
            String data = queue.take();
            System.out.println("Consumer: " + data + " taken from queue.");
         }
      } catch (InterruptedException ex) {
         ex.printStackTrace();
      }
   }
}

public class Main {
   public static void main(String[] args) {
      BlockingQueue<String> queue = new CustomBlockingQueue<>(10);
      Producer producer = new Producer(queue);
      Consumer consumer = new Consumer(queue);
      new Thread(producer).start();
      new Thread(consumer).start();
   }
}

4.2 实现延迟处理队列

自定义阻塞队列还可以应用于延迟处理队列，即增加一个延迟时间，只有在延迟时间到达时才将数据从队列中取出进行处理。