技术标签: # 数据结构
今天要来讲一下java里的队列,队列,顾名思义,排队的列,既然按排队形来做的话,生活中的银行排队啊,上车排队啊,都是先到先办理或者先上车,队列存取数据列也一样,这就是先进先出,使用队列的规则是:使用队素时,数据元素只能从表的一端进入队列,另一端出队列。
称进入队列的一端为“队尾”,出队列的一端为“队头”。数据元素全部从队尾陆续进队列,由对头陆续出队列。
特点:先进先出
效率:插入数据项和移除数据项的时间复杂度都是O(1),因为插入是一个一个而且只能在一端插入,取出也只能一个一个从一头取,这样不用循环一次取一次存就可以得到复杂度就是O(1)。
基于数组实现的一个有界的阻塞队列,在创建ArrayBlockingQueue对象时必须指定容器大小。并且可以指定公平性和非公平性,默认情况下为非公平的,即不保证等待时间最长的队列最优先能够访问队列。
为什么是有界的?
看下图不指定容量会报错,那么指定了容量就是有界的。
为什么可以支持公平锁和非公平锁?
我随便拿个示例调用一个队列里的一个方法点进去
用的是ReentrantLock,ReentrantLock本身的功能是有支持公平锁和非公平锁的
下面代码示例下ArrayBlockingQueue怎么使用?
因为ArrayBlockingQueue存储和移除数据有三种情况,异常,阻塞,非阻塞
先演示存储满了再进行存储异常的情况
public class BlockingQueueDemo {
private int queueSize = 10;
private ArrayBlockingQueue<Integer> queue = new ArrayBlockingQueue<Integer>(queueSize);
//生产者
class Producer extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < queueSize + 1; i++) {
queue.add(i);
System.out.println("向队列中添加元素,队列剩余空间:" + (queueSize - queue.size()));
}
}
}
public static void main(String[] args) {
BlockingQueueDemo blockingQueueDemo = new BlockingQueueDemo();
Producer producer = blockingQueueDemo.new Producer();
producer.start();
}
}
我指定了存储10个数字,然后我要存储11个,那么就会报错,可以看出add()方法是存储满了就抛异常的方式
再来一个取元素,元素没有了,抛异常的代码情况
public class BlockingQueueDemo {
private int queueSize = 10;
private ArrayBlockingQueue<Integer> queue = new ArrayBlockingQueue<Integer>(queueSize);
class costormer extends Thread {
@Override
public void run() {
queue.remove();
System.out.println("向队列中取出一个元素,队列剩余:" + queue.size() + "个元素");
}
}
public static void main(String[] args) {
BlockingQueueDemo blockingQueueDemo = new BlockingQueueDemo();
costormer costormer = blockingQueueDemo.new costormer();
costormer.start();
}
}
队列里一个数据都没有,获取元素抛出没有元素异常,由此可见remove()是获取数据抛异常的方式
以上是异常的情况。
public class BlockingQueueDemo {
private int queueSize = 10;
private ArrayBlockingQueue<Integer> queue = new ArrayBlockingQueue<Integer>(queueSize);
//生产者
class Producer extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < queueSize + 1; i++) {
try {
queue.put(i);
System.out.println("向队列中添加元素,队列剩余空间:" + (queueSize - queue.size()));
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
public static void main(String[] args) {
BlockingQueueDemo blockingQueueDemo = new BlockingQueueDemo();
Producer producer = blockingQueueDemo.new Producer();
producer.start();
}
}
可以看到存储满了就会一直阻塞等待,直到队列元素被取出才会停止阻塞,由此可见存储数据的put()是有阻塞功能的。
取元素阻塞示例
public class BlockingQueueDemo {
private int queueSize = 10;
private ArrayBlockingQueue<Integer> queue = new ArrayBlockingQueue<Integer>(queueSize);
class costormer extends Thread {
@Override
public void run() {
try {
queue.take();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("向队列中取出一个元素,队列剩余:" + queue.size() + "个元素");
}
}
public static void main(String[] args) {
BlockingQueueDemo blockingQueueDemo = new BlockingQueueDemo();
costormer costormer = blockingQueueDemo.new costormer();
costormer.start();
}
当前队列一个元素没有,取数据的时候就被阻塞一直等待了,程序一直没有退出操作,由此可见take()是取出阻塞操作的
public class BlockingQueueDemo {
private int queueSize = 10;
private ArrayBlockingQueue<Integer> queue = new ArrayBlockingQueue<Integer>(queueSize);
//生产者
class Producer extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < queueSize + 1; i++) {
Boolean issuccess = queue.offer(i);
if (issuccess) {
System.out.println("向队列中添加元素,队列剩余空间:" + (queueSize - queue.size()));
} else {
System.out.println("队列已满!");
}
}
}
}
public static void main(String[] args) {
BlockingQueueDemo blockingQueueDemo = new BlockingQueueDemo();
Producer producer = blockingQueueDemo.new Producer();
producer.start();
}
}
区别相信大家也看出来了,满了的情况不会抛出异常,也不会阻塞,这种就是成功存储就返回true,队列满了不能存储就返回false了。
取数据非阻塞示例
public class BlockingQueueDemo {
private int queueSize = 10;
private ArrayBlockingQueue<Integer> queue = new ArrayBlockingQueue<Integer>(queueSize);
class costormer extends Thread {
@Override
public void run() {
Object obj = queue.poll();
if (obj == null) {
System.out.println("队列无数据!");
} else {
System.out.println("向队列中取出一个元素,队列剩余:" + queue.size() + "个元素");
}
}
}
public static void main(String[] args) {
BlockingQueueDemo blockingQueueDemo = new BlockingQueueDemo();
costormer costormer = blockingQueueDemo.new costormer();
costormer.start();
}
}
由此可见poll()方法是队列没有数据获取时不阻塞,不抛异常返回null的一种方式。
总结一下:
ArrayBlockingQueue异常:
1.1 插入->队列满时再进行添加数据会抛出IllegalStateException异常。
代表方法:add()
1.2 移除->队列null时会抛出NoSuchElementException异常。
代表方法:remove(),element()
ArrayBlockingQueue阻塞:
1.1 插入->队列满再添加数据会堵塞
代表方法:put()
1.2 移除并获取->队列null时会堵塞
代表方法:take()
ArrayBlockingQueue非阻塞:
1.1 插入->队列满时再进行添加,就返回false
代表方法:offer()
1.2 移除并获取->队列为null,返回null
代表方法:poll(),peek()
基于链表实现的一个可选有界阻塞队列,在创建LinkedBlockingQueue对象时如果不指定容量大小,则默认大小为Integer.MAX_VALUE。
数据结构从源码中看是单链表结构
阻塞、不阻塞、异常都是和ArrayBlockingQueue是一致的,这里就不在演示了
PriorityBlockingQueue的实现使用了基于数组的平衡二叉堆(小的在上,大的在下方,即最小堆)优先级阻塞队列,可选有界队列,它会按照元素的优先级对元素进行排序,按照优先级顺序出队,每次出队的元素都是优先级最高的元素。
在阻塞和不阻塞和异常都是跟上述方法一样,唯一不同的是优先级排序的实现方式上。大家可以自行学习,这里就不再介绍了
DelayQueue比较特殊,它是一个BlockingQueue+PriorityQueue+Delayed的实现方式,可以这样说DelayQueue是使用了优先队列实现的BlockingQueue
一种延时阻塞队列,DelayQueue中的元素只有当其指定的延迟时间到了,才能够从队列中获取该元素。DelayQueue是一个无界队列,因此往队列插入数据的操作(生产者)永远不会被阻塞,而只有获取数据的操作(消费者)才会被阻塞。
虽然DelayQueue中也有put这样的堵塞方法,但是put里调用的是没有进行阻塞offer的方法。
SynchronousQueue的特点是只能容纳一个元素,同时SynchronousQueue使用了两种模式来管理元素,一种是使用先进先出的队列,一种是使用后进先出的栈,选用哪种模式可以通过构造函数来指定。(不常用)
非阻塞队列实现方式是使用循环CAS,非阻塞队列和阻塞队列的区别就只是方法不同,阻塞id会有take等一些存储或获取阻塞的方法,非阻塞则没有阻塞的方法。
数组结构队列,底层数组实现,且双向操作,既可以向头添加数据也可以向尾添加数据,既可以头部取数据也可以尾部取数据。使用方式都和阻塞队列都一样
优先级非阻塞队列,方法都是类似的不多说了。
是基于链表的非阻塞队列,底层是通过链表来实现的,非阻塞方法和ArrayDeque类似,只是它只能向队列尾部添加数据,所以没有Last和First方法。
其实大家自己代码测试的时候就可以发现,非阻塞的队列是没有阻塞的那些方法的
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