9.队列:生产者消费者模式

向固定大小的线程池投放请求任务时,若果线程池中没有空闲资源了,这时候还有新的请求进来,线程池如何处理这个请求?拒绝请求还是排队?使用怎样的处理机制

一般两种策略:

直接拒绝任务请求;

将请求排队,等有空闲线程的时候取出排队的请求继续处理。

那如何存储排队的请求呢?这就是今天要讲的话题。

其底层的数据结构就是今天我们要讲的内容,「队列」Queue。

完整代码详见 GitHub:https://github.com/UniqueDong/algorithms.git

什么是队列

用一个生活例子,可以想象成超市排队结账,先来的先结账,后面的人只能站在末尾,不允许插队。先进先出,这就是所谓的「队列」

队列是一种线性数据结构,队列的出口端叫「队头」,队列的入口端叫「队尾」。

与栈类似队列的数据结构可以使用数组实现也可以使用链表实现。关于栈的内容同学们可以翻阅历史文章学习「」,队列最基本的操作也是两个:入队 (enqueue) ,将新元素放到队尾;出队 (dequeue),从队头移除元素,出队元素的下一个元素变成新的队头。

作为基础的数据结构,队列的应用也很广泛,尤其是一些特定场景下的队列。比如循环队列、阻塞队列、并发队列。它们在很多偏底层系统、框架、中间件的开发中,起着关键性的作用。比如高性能队列 Disruptor、Linux 环形缓存,都用到了循环并发队列;Java concurrent 并发包利用 ArrayBlockingQueue 来实现公平锁等。

队列也是一种操作受限的线性表数据结构。

顺序队列与链式队列

队列是跟栈一样,是一种抽象的数据结构。 具有先进先出的特性,在队头删除数据,在队尾插入数据。

可以使用数组实现,也可以使用链表实现。使用数组实现的叫 顺序队列,用链表实现的 叫 链式队列

顺序队列

一起先来看数组实现的队列:

出队操作就是把元素移除队列,只允许在队头移除,出队的下一个元素成为新的队头。

入队操作就是把新元素放入队列,只允许在队尾插入,新元素的的下一个位置成为队尾。

随着不停地进行入队、出队操作,head 和 tail 都会持续往后移动。当 tail 移动到最右边,即使数组中还有空闲空间,也无法继续往队列中添加数据了。这个问题该如何解决呢?

当出现这种情况的时候我们就需要做数据迁移。如图所示:当 abcd 入队后,对应的指针位置。

现在我们执行出队操作

当我们调用两次出队操作之后,队列中 head 指针指向下标为 2 的位置,tail 指针仍然指向下标为 4 的位置。

迁移操作其实就是把整段数据移动到数组 0 开始的位置。

具体代码如下

/** * 数组实现队列 */ public class ArrayQueue<E> extends AbstractQueue<E> { /** * The queued items */ final E[] items; /** * 队头指针 */ private int front; /** * 队尾指针 */ private int rear; /** * Creates an ArrayQueue with the given capacity * * @param capacity the capacity of this queue */ public ArrayQueue(Class<E> type, int capacity) { if (capacity <= 0) { throw new IllegalArgumentException(); } this.items = (E[]) Array.newInstance(type, capacity); } public int capacity() { return items.length; } @Override public E dequeue() { if (front == rear) { throw new IllegalStateException("Queue empty"); } return items[front++]; } @Override public boolean enqueue(E e) { if (isFull()) { throw new IllegalStateException("Queue empty"); } // 队尾没有空间了,需要执行数据迁移 if (rear == capacity()) { // 数据迁移 if (rear - front >= 0) { System.arraycopy(items, front, items, 0, rear - front); } // 调整 front 与 rear rear -= front; front = 0; } items[rear++] = e; return true; } @Override public boolean isFull() { return rear == capacity() && front == 0; } @Override public boolean isEmpty() { return front == rear; } } 链式队列

我们可以通过之前学习过的链表来实现队列, 。其实主要就是利用了 出队就是链表头删除数据,入队就是尾节点添加数据

public class LinkedQueue<E> extends AbstractQueue<E> implements Queue<E> { private final SingleLinkedList<E> linkedList; public LinkedQueue() { this.linkedList = new SingleLinkedList<>(); } @Override public E dequeue() { if (linkedList.isEmpty()) { throw new IllegalStateException("Queue empty"); } return linkedList.remove(); } @Override public boolean enqueue(E e) { return linkedList.add(e); } @Override public boolean isFull() { return false; } @Override public boolean isEmpty() { return linkedList.isEmpty(); } } 循环队列

刚刚的例子,当 rear == capacity 的时候,会出现数据迁移操作,这样性能受到影响,那如何避免呢?

原本数组是有头有尾的,是一条直线。现在我们把首尾相连,扳成了一个环。

内容版权声明:除非注明,否则皆为本站原创文章。

转载注明出处:https://www.heiqu.com/zzdygs.html