java队列Java系列2021.pdf

Java中的队列是一种数据结构，遵循“先入先出”（FIFO）的原则，主要用于实现生产者消费者模式。队列在并发编程中的应用尤为广泛，因为在多线程环境下，多个生产者或消费者可能同时对队列进行操作，因此线程安全的队列实现显得尤为重要。 队列的实现通常有两种基本结构：顺序队列和链式队列。顺序队列使用数组来实现，而链式队列使用链表结构来实现。顺序队列又可以分为普通顺序队列和循环队列。在普通顺序队列中，为了避免“假溢出”现象，即数组未满但队尾指针已到数组末尾导致无法继续添加元素，可以将数组设计成循环结构，即形成循环队列。循环队列解决了空间浪费的问题，但需要额外的一个存储单元来区分队空和队满的状态。 队列的状态主要有两个：是否队空和是否队满。队空的条件是队头指针等于队尾指针。而队满的条件是当队头指针再次追上队尾指针时，但在循环队列中，由于有一个单元空间不存放数据，所以队满的条件也是队头指针等于队尾指针，这时数组实际上只使用了maxSize-1的空间。 操作主要有两种：进队（push）和出队（pop）。顺序队列的入队操作是在队尾添加元素，出队操作是从队头移除元素。在循环队列中，进队和出队的操作不再是简单的头尾指针自增，而是通过取模运算来实现循环移动。 线程安全的队列实现方式通常有两种：一种是使用阻塞队列，另一种是使用线程同步锁。阻塞队列是一种特殊的队列，它支持阻塞的插入和移除操作。在队列满时，尝试插入元素的线程会被阻塞，直到队列有空间；在队列空时，尝试移除元素的线程会被阻塞，直到队列非空。这样可以确保线程安全，有效避免了线程竞争和数据不一致的问题。阻塞队列在Java并发包java.util.concurrent中提供了多种实现，如ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue、DelayQueue和SynchronousQueue等，每种阻塞队列都根据其特性适用于不同的场景。 PriorityQueue是一个不阻塞的优先级队列，继承自AbstractQueue并实现了Serializable接口。它会根据元素的自然顺序或者根据构造函数提供的Comparator来排序元素。ConcurrentLinkedQueue是基于链接节点的线程安全队列，它支持高并发的队列操作，不需要同步控制。在添加和删除节点时，它会分别在队列尾部和头部进行操作，这种设计使得它不依赖于队列的大小信息，即使队列很大也能高效地执行操作。 总结来说，Java中的队列是实现生产者消费者模式的核心组件，它允许数据的有序传递和访问。顺序队列和循环队列是队列的基本存储结构，而线程安全的队列实现是确保并发环境下数据一致性和完整性的关键。阻塞队列和非阻塞队列在Java中有多种实现，它们各有特点和适用场景，是并发编程中不可或缺的工具。