数据结构 | Java 队列 —— Queue 详细分析

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    Queue: 基本上,一个队列就是一个先入先出(FIFO)的数据结构

    Queue接口与List、Set同一级别,都是继承了Collection接口。LinkedList实现了Deque接口。

    Queue的实现

    1)没有实现的阻塞接口的LinkedList: 实现了java.util.Queue接口和java.util.AbstractQueue接口
      内置的不阻塞队列: PriorityQueue 和 ConcurrentLinkedQueue
      PriorityQueue 和 ConcurrentLinkedQueue 类在 Collection Framework 中加入两个具体集合实现。
      PriorityQueue 类实质上维护了一个有序列表。加入到 Queue 中的元素根据它们的天然排序(通过其 java.util.Comparable 实现)或者根据传递给构造函数的 java.util.Comparator 实现来定位。
      ConcurrentLinkedQueue 是基于链接节点的、线程安全的队列。并发访问不需要同步。因为它在队列的尾部添加元素并从头部删除它们,所以只要不需要知道队列的大 小,       ConcurrentLinkedQueue 对公共集合的共享访问就可以工作得很好。收集关于队列大小的信息会很慢,需要遍历队列。

    2)实现阻塞接口的:
      java.util.concurrent 中加入了 BlockingQueue 接口和五个阻塞队列类。它实质上就是一种带有一点扭曲的 FIFO 数据结构。不是立即从队列中添加或者删除元素,线程执行操作阻塞,直到有空间或者元素可用。
    五个队列所提供的各有不同:
      * ArrayBlockingQueue :一个由数组支持的有界队列。
      * LinkedBlockingQueue :一个由链接节点支持的可选有界队列。
      * PriorityBlockingQueue :一个由优先级堆支持的无界优先级队列。
      * DelayQueue :一个由优先级堆支持的、基于时间的调度队列。
      * SynchronousQueue :一个利用 BlockingQueue 接口的简单聚集(rendezvous)机制。

    下表显示了jdk1.5中的阻塞队列的操作:

      add 增加一个元索 如果队列已满,则抛出一个IIIegaISlabEepeplian异常
      remove 移除并返回队列头部的元素 如果队列为空,则抛出一个NoSuchElementException异常
      element 返回队列头部的元素 如果队列为空,则抛出一个NoSuchElementException异常
      offer 添加一个元素并返回true 如果队列已满,则返回false
      poll 移除并返问队列头部的元素 如果队列为空,则返回null
      peek 返回队列头部的元素 如果队列为空,则返回null
      put 添加一个元素 如果队列满,则阻塞
      take 移除并返回队列头部的元素 如果队列为空,则阻塞

    remove、element、offer 、poll、peek 其实是属于Queue接口。

    阻塞队列的操作可以根据它们的响应方式分为以下三类:aad、removee和element操作在你试图为一个已满的队列增加元素或从空队列取得元素时 抛出异常。当然,在多线程程序中,队列在任何时间都可能变成满的或空的,所以你可能想使用offer、poll、peek方法。这些方法在无法完成任务时 只是给出一个出错示而不会抛出异常。

    注意:poll和peek方法出错进返回null。因此,向队列中插入null值是不合法的

    最后,我们有阻塞操作put和take。put方法在队列满时阻塞,take方法在队列空时阻塞。

    LinkedBlockingQueue的容量是没有上限的(说的不准确,在不指定时容量为Integer.MAX_VALUE,不要然的话在put时怎么会受阻呢),但是也可以选择指定其最大容量,它是基于链表的队列,此队列按 FIFO(先进先出)排序元素。

    ArrayBlockingQueue在构造时需要指定容量, 并可以选择是否需要公平性,如果公平参数被设置true,等待时间最长的线程会优先得到处理(其实就是通过将ReentrantLock设置为true来 达到这种公平性的:即等待时间最长的线程会先操作)。通常,公平性会使你在性能上付出代价,只有在的确非常需要的时候再使用它。它是基于数组的阻塞循环队 列,此队列按 FIFO(先进先出)原则对元素进行排序。

    PriorityBlockingQueue是一个带优先级的 队列,而不是先进先出队列。元素按优先级顺序被移除,该队列也没有上限(看了一下源码,PriorityBlockingQueue是对 PriorityQueue的再次包装,是基于堆数据结构的,而PriorityQueue是没有容量限制的,与ArrayList一样,所以在优先阻塞 队列上put时是不会受阻的。虽然此队列逻辑上是无界的,但是由于资源被耗尽,所以试图执行添加操作可能会导致 OutOfMemoryError),但是如果队列为空,那么取元素的操作take就会阻塞,所以它的检索操作take是受阻的。另外,往入该队列中的元 素要具有比较能力。

    DelayQueue(基于PriorityQueue来实现的)是一个存放Delayed 元素的无界阻塞队列,只有在延迟期满时才能从中提取元素。该队列的头部是延迟期满后保存时间最长的 Delayed 元素。如果延迟都还没有期满,则队列没有头部,并且poll将返回null。当一个元素的 getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS) 方法返回一个小于或等于零的值时,则出现期满,poll就以移除这个元素了。此队列不允许使用 null 元素。

    一个例子:

    
    package com.yao;
    import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
    import java.util.concurrent.BlockingQueue;
    import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    public class BlockingQueueTest {
     /**
     定义装苹果的篮子
      */
     public static class Basket{
      // 篮子,能够容纳3个苹果
      BlockingQueueString basket = new ArrayBlockingQueueString(3);
    
      // 生产苹果,放入篮子
      public void produce() throws InterruptedException{
       // put方法放入一个苹果,若basket满了,等到basket有位置
       basket.put("An apple");
      }
      // 消费苹果,从篮子中取走
      public String consume() throws InterruptedException{
       // get方法取出一个苹果,若basket为空,等到basket有苹果为止
       String apple = basket.take();
       return apple;
      }
    
      public int getAppleNumber(){
       return basket.size();
      }
    
     }
     // 测试方法
     public static void testBasket() {
      // 建立一个装苹果的篮子
      final Basket basket = new Basket();
      // 定义苹果生产者
      class Producer implements Runnable {
       public void run() {
        try {
         while (true) {
          // 生产苹果
          System.out.println("生产者准备生产苹果:"
            + System.currentTimeMillis());
          basket.produce();
          System.out.println("生产者生产苹果完毕:"
            + System.currentTimeMillis());
          System.out.println("生产完后有苹果:"+basket.getAppleNumber()+"个");
          // 休眠300ms
          Thread.sleep(300);
         }
        } catch (InterruptedException ex) {
        }
       }
      }
      // 定义苹果消费者
      class Consumer implements Runnable {
       public void run() {
        try {
         while (true) {
          // 消费苹果
          System.out.println("消费者准备消费苹果:"
            + System.currentTimeMillis());
          basket.consume();
          System.out.println("消费者消费苹果完毕:"
            + System.currentTimeMillis());
          System.out.println("消费完后有苹果:"+basket.getAppleNumber()+"个");
          // 休眠1000ms
          Thread.sleep(1000);
         }
        } catch (InterruptedException ex) {
        }
       }
      }
    
      ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
      Producer producer = new Producer();
      Consumer consumer = new Consumer();
      service.submit(producer);
      service.submit(consumer);
      // 程序运行10s后,所有任务停止
      try {
       Thread.sleep(10000);
      } catch (InterruptedException e) {
      }
      service.shutdownNow();
     }
     public static void main(String[] args) {
      BlockingQueueTest.testBasket();
     }
    }
    

    666. 彩蛋

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    02. 项目结构一览
    03. API 配置(一)之应用
    04. API 配置(二)之服务提供者
    05. API 配置(三)之服务消费者
    06. 属性配置
    07. XML 配置
    08. 核心流程一览

    09. 拓展机制 SPI

    1. 线程池

    11. 服务暴露(一)之远程暴露(Injvm)

    12. 服务暴露(二)之远程暴露(Dubbo)


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