Queue接口(队列)

Collection的子接口,表示队列FIFO(First In First Out)

常用方法:

1.会抛出异常:

   1.1boolean add(E e)//顺序添加一个元素(到达上限后,在添加则会抛出异常)

   1.2E remove() //获得第一个元素并移除(如果队列没有元素时,则抛异常)

   1.3E element() //获得一个元素但不移除(如果队列中没有元素时,则抛异常)

2.返回特殊值:推荐使用

   2.1boolean offer(E e)//顺序添加一个元素(到达上限后,在添加则会返回false)

   2.2E pool() //获得第一个元素并移除(如果队列没有元素时,则返回null)

   2.3E peek() //获得一个元素但不移除(如果队列中没有元素时,则返回null)

子接口ConcurrentLinkedQueue(安全版本Linked队列)

1.线程安全、可高效读写的队列,高并发下性能最好的队列

2.无锁、CAS比较交换算法,修改的方法包含三个核心参数(V,E,N)

3.V:要更新的变量、E:预期值、N:新值

4.只有当V == E时,V = N;否则表示已被更新过,则取消当前操作

Queue<String> queue = new ConcurrentLinkedQueue<String>();

底层操作:

public boolean offer(E e) {
checkNotNull(e);
final Node<E> newNode = new Node<E>(e);
for (Node<E> t = tail, p = t;;) {
Node<E> q = p.next;
if (q == null) {
if (p.casNext(null, newNode)) {
if (p != t) // hop two nodes at a time
casTail(t, newNode); 
return true;
}
}
else if (p == q)
p = (t != (t = tail)) ? t : head;
else
p = (p != t && t != (t = tail)) ? t : q;
}
}

 

5.Queue<String> qu = new Linked<String>();可以只使用队列的方法,但是不安全

子接口BlockingQueue接口(阻塞队列)

Queue的子接口,阻塞的队列,增加了两个线程状态为无限期等待的方法

实现类:

ArrayBlockingQueue:数组结构实现,有界队列(手工固定上限)

BlockingQueue<String> abq = new ArrayBlockingQueue<String>(10)

LinkedBlockingQueue:链表结构实现,无界队列。(默认上限Integer.MAX_VALUE)

BlockingQueue<String> lbq = new LinkedBlockingQueue<String>();

在 C++ 中实现命令队列(Command Queue)通常用于任务调度、多线程操作或图形编程等领域。这种设计模式允许将请求封装为对象,从而实现任务的异步执行、排队和撤销等操作。 ### 基本结构 命令队列的核心思想是将命令抽象为类,并使用队列数据结构管理这些命令对象。常见的组件包括: - **命令接口(Command Interface)**:定义执行和撤销的方法。 - **具体命令类(Concrete Command)**:实现具体的业务逻辑。 - **调用者(Invoker)**:负责将命令放入队列并触发执行。 - **接收者(Receiver)**:实际执行命令的对象。 - **队列管理器(Queue Manager)**:维护命令队列并处理调度。 --- ### 示例代码 以下是一个简单的命令队列实现示例,适用于单线程环境中的任务调度: ```cpp #include <iostream> #include <queue> #include <functional> #include <thread> #include <mutex> #include <condition_variable> // 定义命令基类 class Command { public: virtual ~Command() = default; virtual void execute() = 0; }; // 具体命令类 class ConcreteCommand : public Command { public: void execute() override { std::cout << "Executing command on thread " << std::this_thread::get_id() << std::endl; } }; // 命令队列管理器 class CommandQueue { private: std::queue<Command*> commands; std::mutex mtx; std::condition_variable cv; bool stop = false; public: void addCommand(Command* cmd) { std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx); commands.push(cmd); cv.notify_one(); } void processCommands() { while (true) { Command* cmd = nullptr; { std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx); cv.wait(lock, [this] { return !commands.empty() || stop; }); if (stop && commands.empty()) break; cmd = commands.front(); commands.pop(); } if (cmd) { cmd->execute(); delete cmd; } } } void shutdown() { std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx); stop = true; cv.notify_all(); } }; int main() { CommandQueue queue; // 启动工作线程 std::thread worker([&queue]() { queue.processCommands(); }); // 添加命令到队列 for (int i = 0; i < 5; ++i) { queue.addCommand(new ConcreteCommand()); } queue.shutdown(); worker.join(); return 0; } ``` --- ### 多线程环境下的注意事项 在多线程环境中使用命令队列时,需要注意以下几点: - **线程安全**:确保队列的 `push` 和 `pop` 操作是线程安全的。可以使用互斥锁(`std::mutex`)和条件变量(`std::condition_variable`)来保护共享资源。 - **独立队列**:每个线程应拥有自己的命令队列以避免竞争条件[^1]。 - **生命周期管理**:合理管理命令对象的生命周期,防止内存泄漏或悬空指针问题。 - **异常处理**:在执行命令时捕获并处理可能抛出的异常,避免中断整个队列的处理流程。 --- ### 应用场景 命令队列广泛应用于以下领域: - **游戏开发**:用于处理用户输入、AI 决策、动画播放等异步操作。 - **GUI 编程**:实现 Undo/Redo 功能。 - **网络服务**:将客户端请求排队处理,提升并发性能。 - **OpenCL/CUDA 编程**:如引用中提到的,在 OpenCL 中每个线程应创建独立的命令队列以避免冲突。 ---
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