数据结构-队列(queue)

本文深入探讨了队列作为数据结构的核心概念及其在多线程环境中的应用,包括队列的基本操作、队列接口成员函数的使用以及如何在实际编程中有效地利用队列进行任务调度和数据管理。

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    队列是一种数据结构.它有两个基本操作:在队列尾部加人一个元素,和从队列头部移除一个元素就是说,队列以一种先进先出的方式管理数据,如果你试图向一个 已经满了的阻塞队列中添加一个元素或者是从一个空的阻塞队列中移除一个元索,将导致线程阻塞.在多线程进行合作时,阻塞队列是很有用的工具。工作者线程可 以定期地把中间结果存到阻塞队列中而其他工作者线线程把中间结果取出并在将来修改它们。队列会自动平衡负载。如果第一个线程集运行得比第二个慢,则第二个 线程集在等待结果时就会阻塞。如果第一个线程集运行得快,那么它将等待第二个线程集赶上来。

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。

Queue使用时要尽量避免Collection的add()和remove()方法,而是要使用offer()来加入元素,使用poll()来获取并移出元素。它们的优
点是通过返回值可以判断成功与否,add()和remove()方法在失败的时候会抛出异常。 如果要使用前端而不移出该元素,使用
element()或者peek()方法。
值得注意的是LinkedList类实现了Queue接口,因此我们可以把LinkedList当成Queue来用。

实例:

import java.util.Queue;
import java.util.LinkedList;
public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
    Queue<String> queue = new LinkedList<>();
    queue.offer("hello");
    queue.offer("world");
    queue.offer("您好!");
    while(!queue.isEmpty()){
    System.out.println(queue.poll());
    }
     
    }
}


### 阻塞队列数据结构及其用法 #### 1. 阻塞队列的核心概念 阻塞队列种特殊的队列,它支持在队列入口和出口处的阻塞操作。如果队列为空,则尝试移除元素的操作会被阻塞;如果队列为满,则尝试插入新元素的操作也会被阻塞[^1]。 #### 2. Java 中的标准实现 Java 提供了 `java.util.concurrent.BlockingQueue` 接口来定义阻塞队列的行为,并提供了多种具体实现类: - **ArrayBlockingQueue**: 基于固定大小数组的有界阻塞队列,遵循 FIFO(先进先出)原则[^3]。 - **LinkedBlockingQueue**: 基于链表的可选限界阻塞队列,默认情况下无界。 - **PriorityBlockingQueue**: 支持优先级排序的无界阻塞队列,允许按照自然顺序或自定义比较器进行排序。 - **SynchronousQueue**: 特殊类型的阻塞队列,不保存任何元素,仅用于传递数据。 - **DelayedWorkQueue**: 种延迟队列,只有当元素达到其设定的时间阈值时才能被取出。 #### 3. C++ 的简单实现 虽然 C++ 标准库未提供内置的阻塞队列,但可以通过组合 `std::queue` 和互斥锁手动构建个简单的阻塞队列。以下是其实现示例: ```cpp #include <queue> #include <mutex> #include <condition_variable> template<typename T> class BlockingQueue { private: std::queue<T> queue_; mutable std::mutex mutex_; std::condition_variable cond_; public: void push(T value) { std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_); queue_.push(value); cond_.notify_one(); // 唤醒等待线程 } T pop() { std::unique_lock<std::mutex> lock(mutex_); while (queue_.empty()) { // 如果队列为空则阻塞当前线程 cond_.wait(lock); } T result = queue_.front(); queue_.pop(); return result; } bool empty() const { std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_); return queue_.empty(); } }; ``` 上述代码通过条件变量实现了基本的阻塞功能,在多线程环境下能够安全地管理资源访问。 #### 4. 应用场景分析 阻塞队列广泛应用于并发编程领域,特别是在生产者-消费者模式中表现尤为突出。在这种模式下,多个生产者向共享队列任务项,而多个消费者从中提取并处理这些任务项[^4]。这种设计不仅提高了系统的吞吐量,还降低了开发复杂度。 例如,在 Web 服务后台任务调度系统中,可以利用阻塞队列缓存待执行的任务请求,由专门的工作线程池逐完成计算密集型作业[^2]。 --- ###
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