Java数据结构和算法(八)队列


一、什么是队列?

1.先进先出,后进后出,这就是典型的“队列”结构。

2.支持两个操作:入队enqueue(),放一个数据到队尾;出队dequeue(),从队头取一个元素。

3.所以,和栈一样,队列也是一种操作受限的线性表。

二、队列有哪些常见的应用?

1.阻塞队列

1)在队列的基础上增加阻塞操作,就成了阻塞队列。

2)阻塞队列就是在队列为空的时候,从队头取数据会被阻塞,因为此时还没有数据可取,直到队列中有了数据才能返回;如果队列已经满了,那么插入数据的操作就会被阻塞,直到队列中有空闲位置后再插入数据,然后在返回。

3)从上面的定义可以看出这就是一个“生产者-消费者模型”。这种基于阻塞队列实现的“生产者-消费者模型”可以有效地协调生产和消费的速度。当“生产者”生产数据的速度过快,“消费者”来不及消费时,存储数据的队列很快就会满了,这时生产者就阻塞等待,直到“消费者”消费了数据,“生产者”才会被唤醒继续生产。不仅如此,基于阻塞队列,我们还可以通过协调“生产者”和“消费者”的个数,来提高数据处理效率,比如配置几个消费者,来应对一个生产者。

2.并发队列

1)在多线程的情况下,会有多个线程同时操作队列,这时就会存在线程安全问题。能够有效解决线程安全问题的队列就称为并发队列。

2)并发队列简单的实现就是在enqueue()、dequeue()方法上加锁,但是锁粒度大并发度会比较低,同一时刻仅允许一个存或取操作。

3)实际上,基于数组的循环队列利用CAS原子操作,可以实现非常高效的并发队列。这也是循环队列比链式队列应用更加广泛的原因。

3.线程池资源枯竭是的处理

在资源有限的场景,当没有空闲资源时,基本上都可以通过“队列”这种数据结构来实现请求排队

3、循环队列

1、循环队列,原本数组是有头有尾的,是一条直线。把首尾相连,扳成了一个环。

2、在数组实现队列的时候,会有数据搬移操作,要想解决数据搬移的问题,需要像环一样的循环队列。

3、要想写出没有 bug 的循环队列的实现代码,最关键的是,确定好队空和队满的判定条件。

1)队列为空的判断条件仍然是 head == tail。

2)当队满时,(tail+1)%n=head。 tail 指向的位置实际上是没有存储数据的。所以,循环队列会浪费一个数组的存储空间。

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