队列:
1.先进先出,后进后出;
2.支持入队Enqueue(将数据放到队尾)和出队Dequeue(取出队头数据)操作;
3.和栈一样属于操作受限的线性表;
如何实现队列?
1.数组实现(顺序队列)
public class ArrayQueue { private string[] items; private int capacity; private int head = 0; private int tail = 0; // 申请数组大小 public ArrayQueue(int capacity) { items = new string[capacity]; this.capacity = capacity; } public bool Enqueue(string item) { // 队列末尾没有空间 if (tail == capacity) { // 数组满了 if (head == 0) return false; // 数据搬移 for (int i = head; i < tail; i++) { items[i - head] = items[i]; } // 搬移完成重新更新tail跟head tail -= head; head = 0; } items[tail] = item; tail++; return true; } public string Dequeue() { // 队列为空 if (head == tail) return null; string value = items[head]; head++; return value; } }
2.链表实现(链式队列)
public class QueueLinkList<T> { private StackListNode<T> _head; private StackListNode<T> _tail; public void Enqueue(T val) { if(_tail==null) { StackListNode<T> newNode = new StackListNode<T>(val); _tail = newNode; _head = newNode; } else { _tail.Next = new StackListNode<T>(val); _tail = _tail.Next; } } public T Dequeue() { if (_head == null) return default(T); T value = _tail.Value; _head = _head.Next; if (_head == null) _tail = null; return value; } } public class StackListNode<T> { public StackListNode(T nodeValue) { Value = nodeValue; } public T Value { get; set; } public StackListNode<T> Next { get; set; } }
3.循环队列
// 数组实现队列会有数据搬移操作,可以通过循环队列的方式解决数据偏移,但是循环队列会浪费数组一个存储空间 // 循环队列最关键是需要确定好队列为空以及队列满的判定条件
// 队满:(tail+1)%n==head 队空:tail==head public class CircularQueue { private string[] items; private int capacity; private int head = 0; // 列头 private int tail = 0; // 列尾 public CircularQueue(int capacity) { items = new string[capacity]; this.capacity = capacity; } public bool Enqueue(string item) { // 队列满了 if ((tail + 1) % capacity == head) return false; items[tail] = item; tail = (tail + 1) % capacity; return true; } public string Dequeue() { // 队列为空 if (tail == head) return null; string value = items[head]; head = (head + 1) % capacity; return value; } }
队列的常见应用:
1.阻塞队列
1)在队列的基础上增加阻塞操作,就成了阻塞队列。
2)阻塞队列就是在队列为空的时候,从队头取数据会被阻塞,因为此时还没有数据可取,直到队列中有了数据才能返回;如果队列已经满了,那么插入数据的操作就会被阻塞,直到队列中有空闲位置后再插入数据,然后在返回。
3)从上面的定义可以看出这就是一个“生产者-消费者模型”。这种基于阻塞队列实现的“生产者-消费者模型”可以有效地协调生产和消费的速度。当“生产者”生产数据的速度过快,“消费者”来不及消费时,存储数据的队列很快就会满了,这时生产者就阻塞等待,直到“消费者”消费了数据,“生产者”才会被唤醒继续生产。不仅如此,基于阻塞队列,我们还可以通过协调“生产者”和“消费者”的个数,来提高数据处理效率,比如配置几个消费者,来应对一个生产者。
2.并发队列
1)在多线程的情况下,会有多个线程同时操作队列,这时就会存在线程安全问题。能够有效解决线程安全问题的队列就称为并发队列。
2)并发队列简单的实现就是在enqueue()、dequeue()方法上加锁,但是锁粒度大并发度会比较低,同一时刻仅允许一个存或取操作。
3)实际上,基于数组的循环队列利用CAS原子操作,可以实现非常高效的并发队列。这也是循环队列比链式队列应用更加广泛的原因。
3.线程池资源枯竭是的处理
在资源有限的场景,当没有空闲资源时,基本上都可以通过“队列”这种数据结构来实现请求排队。