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篇与
队列
的结果
2023-01-31
并发编程-Java jdk中队列Queue的详解与应用
一、什么是队列,队列有什么用?假设春运火车站只有一个售票窗口,但是买火车票的人非常多,如果大家一哄而上到窗口进行买票,估计售票员会发疯,因此聪明的人类发明了排队这种游戏规则,则先到先得的机制,在不断的发展过程中,排队的规则也慢慢完善,比如有些例外比如军人优先或者老弱病残优先则可以进行插队,通过这样的规则可以让面对人流高峰也可以平稳进行工作。这个规则运用到实际开发中也是如此,在程序中队列是一种特殊的线性表,遵循先入先出、后入后出的基本原则,一般来说,它只允许在队列的前端进行删除操作,而在队列的后端进行插入操作。但是java的某些队列运行在任何地方插入删除(如军人插队)在java中根据队列特性,队列可分为阻塞队列和非阻塞队列,有界队列和无界队列、单向链表队列和双向链表队列之分,二、阻塞/非阻塞队列2.1 阻塞队列入列(添加元素)时,如果元素数量超过队列总数,会进行等待(阻塞),待队列的中的元素出列后,元素数量未超过队列总数时,就会解除阻塞状态,进而可以继续入列;出列(删除元素)时,如果队列为空的情况下,也会进行等待(阻塞),待队列有值的时候即会解除阻塞状态,进而继续出列;阻塞队列优点 :阻塞队列的好处是可以防止队列容器溢出;只要满了就会进行阻塞等待;也就不存在溢出的情况,只要是阻塞队列,都是线程安全的;实现类DelayQueue:一个支持延时获取元素的无界阻塞队列LinkedTransferQueue:一个由链表结构组成的无界阻塞队列。ArrayBlockingQueue:有界队列,阻塞式,初始化时必须指定队列大小,且不可改变;,底层由数组实现;SynchronousQueue:最多只能存储一个元素,每一个put操作必须等待一个take操作,否则不能继续添加元素PriorityBlockingQueue:一个带优先级的队列,而不是先进先出队列。元素按优先级顺序被移除,而且它也是无界的,也就是没有容量上限,虽然此队列逻辑上是无界的,但是由于资源被耗尽,所以试图执行添加操作可能会导致 OutOfMemoryError 错误;2.2 非阻塞队列不管出列还是入列,都不会进行阻塞,入列时,如果元素数量超过队列总数,则会抛出异常,出列时,如果队列为空,则取出空值;一般情况下,非阻塞式队列使用的比较少,一般都用阻塞式的对象比较多;阻塞和非阻塞队列在使用上的最大区别就是阻塞队列提供了以下2个方法:出队阻塞方法 : take()入队阻塞方法 : put()实现类ConcurrentLinkedQueue:单向链表结构的无界并发队列, 非阻塞队列,由CAS实现线程安全,内部基于节点实现ConcurrentLinkedDeque:双向链表结构的无界并发队列, 非阻塞队列,由CAS实现线程安全PriorityQueue: 内部基于数组实现,线程不安全的队列三、有界/无界队列有界和无界有界:有界限,大小长度受限制无界:无限大小,其实说是无限大小,其实是有界限的,只不过超过界限时就会进行扩容,就想ArrayList 一样,在内部动态扩容,最大值为Integer.MAX_VALUE四、单向/双向链表队列4.1 单向链表每个元素中除了元素本身之外,还存储一个指针,这个指针指向下一个元素;4.2 双向链表除了元素本身之外,还有两个指针,一个指针指向前一个元素的地址,另一个指针指向后一个元素的地址;四、 Java中队列的继承关系五、队列常用方法队列常用方法函数名函数介绍特殊说明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falsepoll移除并返问队列头部的元素如果队列为空,则返回nullpeek返回队列头部的元素如果队列为空,则返回nullput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drainTo一次性取出队列所有元素)-PS知识点: remove、element、offer 、poll、peek 属于Queue接口的定义。六、代码示例假设现在需要售卖一趟车票共100张,并且有3个窗口开放售票,当有大量人购买时如何保障出票安全,我们使用ArrayBlockingQueue阻塞式有界队列来模拟常见代码。package com.queue; import cn.hutool.core.util.StrUtil; import java.util.concurrent.*; import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; public class BlockingQueueTest { //售票员窗口 static final int SALESPERSON=3; //总票数100张 static AtomicInteger ticketTotal=new AtomicInteger(100); //假设大厅总排队人数最大可排1000人 static final int MAX_COUNT=1000; public static void main(String[] args) { // 阻塞-有界队列 BlockingQueue<String> queue=new ArrayBlockingQueue<String>(MAX_COUNT); for (int i = 0; i < SALESPERSON; i++) { //模拟启动三个工作窗口工作排队 new Thread(new Producer(queue)).start(); //模拟启动三个工作窗口出票 new Thread(new Consumer(queue)).start(); } } /** * 模拟系统排队出票 */ static class Consumer extends Thread{ BlockingQueue<String> queue; public Consumer(BlockingQueue<String> queue) { this.queue = queue; } @Override public void run() { while (true){ try { if(ticketTotal.get()==0){ System.out.println("结束售票啦,收工下班"); return; } System.out.println(StrUtil.format("{},出票号:{},大厅排队总人数:{}",queue.take(),ticketTotal.getAndDecrement(),queue.size())); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } } /** * 模拟窗口并发出票发起请求 */ static class Producer implements Runnable{ BlockingQueue<String> queue; public Producer(BlockingQueue<String> queue) { this.queue = queue; } @Override public void run() { while (true){ try { queue.put(StrUtil.format("出票窗口{}号,购票请求:{}",Thread.currentThread().getId(),ticketTotal.get())); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } } } 通过上述代码运行,我看可以看出,当26,23,20同时请求同一个100票号时,系统也可以再多线程下正常出票,有效解决并发和出错票等问题出票窗口26号,购票请求:100,出票号:100,大厅排队总人数:7 出票窗口23号,购票请求:100,出票号:98,大厅排队总人数:6 出票窗口23号,购票请求:100,出票号:97,大厅排队总人数:217 出票窗口20号,购票请求:100,出票号:99,大厅排队总人数:8 出票窗口23号,购票请求:100,出票号:96,大厅排队总人数:226 出票窗口23号,购票请求:100,出票号:94,大厅排队总人数:237 出票窗口20号,购票请求:100,出票号:95,大厅排队总人数:227 出票窗口26号,购票请求:100,出票号:92,大厅排队总人数:264 出票窗口20号,购票请求:100,出票号:93,大厅排队总人数:246 出票窗口20号,购票请求:100,出票号:90,大厅排队总人数:274 出票窗口23号,购票请求:100,出票号:91,大厅排队总人数:267 出票窗口20号,购票请求:97,出票号:88,大厅排队总人数:292 出票窗口20号,购票请求:97,出票号:89,大厅排队总人数:284 出票窗口20号,购票请求:97,出票号:86,大厅排队总人数:327 出票窗口26号,购票请求:98,出票号:87,大厅排队总人数:298 出票窗口23号,购票请求:97,出票号:85,大厅排队总人数:341 出票窗口20号,购票请求:97,出票号:83,大厅排队总人数:339 出票窗口20号,购票请求:97,出票号:84,大厅排队总人数:340 出票窗口26号,购票请求:97,出票号:81,大厅排队总人数:352 出票窗口23号,购票请求:97,出票号:82,大厅排队总人数:345 出票窗口23号,购票请求:97,出票号:79,大厅排队总人数:362 出票窗口20号,购票请求:97,出票号:80,大厅排队总人数:360 出票窗口20号,购票请求:97,出票号:77,大厅排队总人数:366 出票窗口26号,购票请求:97,出票号:78,大厅排队总人数:366 出票窗口26号,购票请求:97,出票号:75,大厅排队总人数:380 出票窗口20号,购票请求:97,出票号:76,大厅排队总人数:370 出票窗口20号,购票请求:97,出票号:73,大厅排队总人数:403 出票窗口23号,购票请求:97,出票号:74,大厅排队总人数:391 出票窗口20号,购票请求:97,出票号:72,大厅排队总人数:408 出票窗口23号,购票请求:97,出票号:70,大厅排队总人数:406 出票窗口26号,购票请求:97,出票号:71,大厅排队总人数:407 出票窗口20号,购票请求:97,出票号:69,大厅排队总人数:420 出票窗口20号,购票请求:97,出票号:68,大厅排队总人数:422 出票窗口20号,购票请求:97,出票号:66,大厅排队总人数:433 出票窗口26号,购票请求:97,出票号:65,大厅排队总人数:439 出票窗口23号,购票请求:97,出票号:67,大厅排队总人数:429 出票窗口23号,购票请求:97,出票号:63,大厅排队总人数:442 出票窗口20号,购票请求:97,出票号:64,大厅排队总人数:442 出票窗口26号,购票请求:97,出票号:61,大厅排队总人数:457 出票窗口20号,购票请求:97,出票号:62,大厅排队总人数:447 出票窗口23号,购票请求:97,出票号:59,大厅排队总人数:470 出票窗口20号,购票请求:97,出票号:60,大厅排队总人数:469 出票窗口26号,购票请求:97,出票号:57,大厅排队总人数:489 出票窗口20号,购票请求:97,出票号:58,大厅排队总人数:481 出票窗口23号,购票请求:97,出票号:55,大厅排队总人数:509 出票窗口20号,购票请求:97,出票号:56,大厅排队总人数:494 出票窗口23号,购票请求:97,出票号:53,大厅排队总人数:541 出票窗口26号,购票请求:97,出票号:52,大厅排队总人数:547 出票窗口26号,购票请求:97,出票号:54,大厅排队总人数:522 出票窗口26号,购票请求:97,出票号:50,大厅排队总人数:568 出票窗口23号,购票请求:97,出票号:51,大厅排队总人数:557 出票窗口23号,购票请求:97,出票号:49,大厅排队总人数:587 出票窗口23号,购票请求:97,出票号:47,大厅排队总人数:602 出票窗口26号,购票请求:97,出票号:48,大厅排队总人数:596 出票窗口23号,购票请求:97,出票号:45,大厅排队总人数:631 出票窗口26号,购票请求:97,出票号:46,大厅排队总人数:613 出票窗口23号,购票请求:97,出票号:43,大厅排队总人数:656 出票窗口26号,购票请求:97,出票号:44,大厅排队总人数:649 出票窗口23号,购票请求:97,出票号:41,大厅排队总人数:705 出票窗口26号,购票请求:97,出票号:42,大厅排队总人数:679 出票窗口23号,购票请求:97,出票号:39,大厅排队总人数:725 出票窗口26号,购票请求:97,出票号:40,大厅排队总人数:716 出票窗口26号,购票请求:97,出票号:37,大厅排队总人数:756 出票窗口26号,购票请求:97,出票号:38,大厅排队总人数:740 出票窗口26号,购票请求:97,出票号:35,大厅排队总人数:797 出票窗口23号,购票请求:97,出票号:36,大厅排队总人数:771 出票窗口23号,购票请求:97,出票号:33,大厅排队总人数:850 出票窗口26号,购票请求:97,出票号:34,大厅排队总人数:832 出票窗口26号,购票请求:97,出票号:31,大厅排队总人数:887 出票窗口26号,购票请求:97,出票号:32,大厅排队总人数:867 出票窗口26号,购票请求:97,出票号:29,大厅排队总人数:913 出票窗口23号,购票请求:97,出票号:30,大厅排队总人数:898 出票窗口23号,购票请求:97,出票号:27,大厅排队总人数:939 出票窗口26号,购票请求:97,出票号:28,大厅排队总人数:924 出票窗口26号,购票请求:97,出票号:26,大厅排队总人数:953 出票窗口26号,购票请求:97,出票号:25,大厅排队总人数:953 出票窗口26号,购票请求:97,出票号:22,大厅排队总人数:999 出票窗口26号,购票请求:97,出票号:23,大厅排队总人数:998 出票窗口23号,购票请求:97,出票号:24,大厅排队总人数:972 出票窗口23号,购票请求:97,出票号:20,大厅排队总人数:999 出票窗口23号,购票请求:97,出票号:21,大厅排队总人数:999 出票窗口23号,购票请求:97,出票号:18,大厅排队总人数:999 出票窗口26号,购票请求:97,出票号:19,大厅排队总人数:999 出票窗口23号,购票请求:97,出票号:16,大厅排队总人数:999 出票窗口26号,购票请求:97,出票号:17,大厅排队总人数:999 出票窗口23号,购票请求:97,出票号:14,大厅排队总人数:999 出票窗口26号,购票请求:97,出票号:15,大厅排队总人数:999 出票窗口26号,购票请求:97,出票号:12,大厅排队总人数:999 出票窗口23号,购票请求:97,出票号:13,大厅排队总人数:999 出票窗口26号,购票请求:97,出票号:10,大厅排队总人数:999 出票窗口23号,购票请求:97,出票号:9,大厅排队总人数:999 出票窗口23号,购票请求:97,出票号:11,大厅排队总人数:999 出票窗口26号,购票请求:97,出票号:7,大厅排队总人数:999 出票窗口23号,购票请求:97,出票号:8,大厅排队总人数:1000 出票窗口26号,购票请求:97,出票号:5,大厅排队总人数:999 出票窗口23号,购票请求:97,出票号:6,大厅排队总人数:999 出票窗口23号,购票请求:97,出票号:3,大厅排队总人数:999 出票窗口23号,购票请求:97,出票号:4,大厅排队总人数:999 结束售票啦,收工下班 出票窗口23号,购票请求:97,出票号:1,大厅排队总人数:999 结束售票啦,收工下班 出票窗口26号,购票请求:97,出票号:2,大厅排队总人数:999 结束售票啦,收工下班
2023年01月31日
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