數據結構與算法學習筆記之先進先出的隊列

時間 2019-11-24

標籤數據結構算法學習筆記先進先出隊列简体版

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前言

　　隊列是一種很是實用的數據結構，相似於生活中發排隊，可應用於生活，開發中各個方面，好比共享打印機（先請求先打印），消息隊列。你想知道他們是怎麼工做的麼。那就來一塊兒學習一下隊列吧html

正文

1、隊列的定義？

1.一種先進先出的線性表前端

2.只容許入棧 push()和出棧 pop()java

在後端（稱爲rear）進行插入操做，在前端（稱爲front）進行刪除操做。算法

2、如何用代碼實現隊列？

1.java中JDK提供了Queue接口

使得LinkedList實現了該接口，因此使用隊列的時候，通常採用LinkedList。由於LinkedList是雙向鏈表，能夠很方便的實現隊列的全部功能。後端

Queue使用時要儘可能避免Collection的add()和remove()方法，而是要使用offer()來加入元素，使用poll()來獲取並移出元素。它們的優勢是經過返回值能夠判斷成功與否，add()和remove()方法在失敗的時候會拋出異常。若是要使用前端而不移出該元素，使用
element()或者peek()方法。數組

2.數組實現（順序隊列）

public class ArrayQueue { //存儲數據的數組
private String[] items; //記錄數組容量
private int n; private int size; //head記錄隊頭索引，tail記錄隊尾索引
private int head = 0; private int tail = 0; //申請一個指定容量的隊列
public ArrayQueue(int capacity){ items = new String[capacity]; n = capacity; } /* * 入隊： * 1.堆滿的時，入隊失敗 * 1.1頻繁出入隊，形成數組使用不連續 * 1.2在入隊的時候，集中觸發進行數據搬移 * 2.在末尾插入數據，注意tail指向隊尾元素的索引+1 */
public boolean enqueue(String item){ //表示隊滿
if(head == 0 && tail == n) return false; //表示須要數據搬移
else if(head != 0 && tail == n){ for (int i = head; i < tail; i++) { items[i-head] = items[i]; } head = 0; tail = tail - head; } //將數據加入隊列
items[tail++] = item; size++; return true; } //出隊：1.隊空時，出隊失敗;2.出隊，head索引+1
public String dequeue(){ String res = null; if(head == tail) return res; res = items[head++]; size--; return res; } }

(代碼來源於姜威)緩存

3.鏈表實現（鏈式隊列）

public class LinkedQueue { //定義一個節點類
private class Node{ String value; Node next; } //記錄隊列元素個數
private int size = 0; //head指向隊頭結點，tail指向隊尾節點
private Node head; private Node tail; //申請一個隊列
public LinkedQueue(){} //入隊
public boolean enqueue(String item){ Node newNode = new Node(); newNode.value = item; if (size == 0) head = newNode; else tail.next = newNode; tail = newNode; size++; return true; } //出隊
public String dequeue(){ String res = null; if(size == 0) return res; if(size == 1) tail = null; res = head.value; head = head.next; size--; return res; } }

(代碼來源於姜威)安全

4.循環隊列（基於數組）

循環隊列的實現 public class LoopArrayQueue { //存儲數據的數組
private String[] items; //記錄數組容量
private int n; private int size = 0; //head記錄隊頭索引，tail記錄隊尾索引
private int head = 0; private int tail = 0; //申請一個指定容量的隊列
public LoopArrayQueue(int capacity){ items = new String[capacity]; n = capacity; } //入隊：關鍵在於隊滿的條件
public boolean enqueue(String item){ if ((tail + 1) % n == head) return false; items[tail] = item; tail = (tail + 1) % n; size++; return true; } //出隊：關鍵在於隊空的條件
public String dequeue(){ String res = null; if(head == tail) return res; res = items[head]; head = (head + 1) % n; size--; return res; } }

(代碼來源於姜威)數據結構

3、隊列的常見的應用阻塞隊列和併發隊列

1.阻塞隊列

1）在隊列的基礎上增長阻塞操做，造成了阻塞隊列。
2）阻塞隊列就是在隊列爲空的時候，從隊頭取數據會被阻塞，由於此時尚未數據可取，直到隊列中有了數據才能返回；若是隊列已經滿了，那麼插入數據的操做就會被阻塞，直到隊列中有空閒位置後再插入數據，而後在返回。
3）「生產者-消費者模型」多線程

(圖片來源於王爭)

基於阻塞隊列實現的「生產者-消費者模型」能夠有效地協調生產和消費的速度。

當「生產者」生產數據的速度過快，「消費者」來不及消費時，存儲數據的隊列很快就會滿了，這時生產者就阻塞等待，直到「消費者」消費了數據，「生產者」纔會被喚醒繼續生產。不只如此，基於阻塞隊列，咱們還能夠經過協調「生產者」和「消費者」的個數，來提升數據處理效率，好比配置幾個消費者，來應對一個生產者。

2.併發隊列

1）在多線程的狀況下，會有多個線程同時操做隊列，這時就會存在線程安全問題。

　　線程安全問題的隊列就稱爲併發隊列。
2）併發隊列簡單的實現就是在enqueue()、dequeue()方法上加鎖，可是鎖粒度大併發度會比較低，同一時刻僅容許一個存或取操做。
3）基於數組的循環隊列利用CAS原子操做，能夠實現很是高效的併發隊列。這也是循環隊列比鏈式隊列應用更加普遍的緣由。
3.線程池資源枯竭是的處理
在資源有限的場景，當沒有空閒資源時，基本上均可以經過「隊列」這種數據結構來實現請求排隊。