deque stack java_一文弄懂java中的Queue家族
简介
java中Collection集合有三大家族List,Set和Queue。当然Map也算是一种集合类,但Map并不继承Collection接口。
List,Set在我们的工作中会经常使用,通常用来存储结果数据,而Queue由于它的特殊性,通常用在生产者消费者模式中。
现在很火的消息中间件比如:Rabbit MQ等都是Queue这种数据结构的展开。
今天这篇文章将带大家进入Queue家族。
Queue接口
先看下Queue的继承关系和其中定义的方法:
Queue继承自Collection,Collection继承自Iterable。
Queue有三类主要的方法,我们用个表格来看一下他们的区别:
方法类型方法名称方法名称区别Insertaddoffer两个方法都表示向Queue中添加某个元素,不同之处在于添加失败的情况,add只会返回true,如果添加失败,会抛出异常。offer在添加失败的时候会返回false。所以对那些有固定长度的Queue,优先使用offer方法。Removeremovepoll如果Queue是空的情况下,remove会抛出异常,而poll会返回null。Examineelementpeek获取Queue头部的元素,但不从Queue中删除。两者的区别还是在于Queue为空的情况下,element会抛出异常,而peek返回null。
注意,因为对poll和peek来说null是有特殊含义的,所以一般来说Queue中禁止插入null,但是在实现中还是有一些类允许插入null比如LinkedList。尽管如此,我们在使用中还是要避免插入null元素。
Queue的分类
一般来说Queue可以分为BlockingQueue,Deque和TransferQueue三种。
BlockingQueue
BlockingQueue是Queue的一种实现,它提供了两种额外的功能:
- 当当前Queue是空的时候,从BlockingQueue中获取元素的操作会被阻塞。
- 当当前Queue达到最大容量的时候,插入BlockingQueue的操作会被阻塞。
BlockingQueue的操作可以分为下面四类:
操作类型Throws exceptionSpecial valueBlocksTimes outInsertadd(e)offer(e)put(e)offer(e, time, unit)Removeremove()poll()take()poll(time, unit)Examineelement()peek()not applicablenot applicable
第一类是会抛出异常的操作,当遇到插入失败,队列为空的时候抛出异常。
第二类是不会抛出异常的操作。
第三类是会Block的操作。当Queue为空或者达到最大容量的时候。
第四类是time out的操作,在给定的时间里会Block,超时会直接返回。
BlockingQueue是线程安全的Queue,可以在生产者消费者模式的多线程中使用,如下所示:
class Producer implements Runnable {private final BlockingQueue queue;Producer(BlockingQueue q) { queue = q; }public void run() {try {while (true) { queue.put(produce()); }} catch (InterruptedException ex) { ... handle ...}}Object produce() { ... }}class Consumer implements Runnable {private final BlockingQueue queue;Consumer(BlockingQueue q) { queue = q; }public void run() {try {while (true) { consume(queue.take()); }} catch (InterruptedException ex) { ... handle ...}}void consume(Object x) { ... }}class Setup {void main() {BlockingQueue q = new SomeQueueImplementation();Producer p = new Producer(q);Consumer c1 = new Consumer(q);Consumer c2 = new Consumer(q);new Thread(p).start();new Thread(c1).start();new Thread(c2).start();}}
最后,在一个线程中向BlockQueue中插入元素之前的操作happens-before另外一个线程中从BlockQueue中删除或者获取的操作。
Deque
Deque是Queue的子类,它代表double ended queue,也就是说可以从Queue的头部或者尾部插入和删除元素。
同样的,我们也可以将Deque的方法用下面的表格来表示,Deque的方法可以分为对头部的操作和对尾部的操作:
方法类型Throws exceptionSpecial valueThrows exceptionSpecial valueInsertaddFirst(e)offerFirst(e)addLast(e)offerLast(e)RemoveremoveFirst()pollFirst()removeLast()pollLast()ExaminegetFirst()peekFirst()getLast()peekLast()
和Queue的方法描述基本一致,这里就不多讲了。
当Deque以 FIFO (First-In-First-Out)的方法处理元素的时候,Deque就相当于一个Queue。
当Deque以LIFO (Last-In-First-Out)的方式处理元素的时候,Deque就相当于一个Stack。
TransferQueue
TransferQueue继承自BlockingQueue,为什么叫Transfer呢?因为TransferQueue提供了一个transfer的方法,生产者可以调用这个transfer方法,从而等待消费者调用take或者poll方法从Queue中拿取数据。
还提供了非阻塞和timeout版本的tryTransfer方法以供使用。
我们举个TransferQueue实现的生产者消费者的问题。
先定义一个生产者:
@Slf4j
@Data
@AllArgsConstructor
class Producer implements Runnable {private TransferQueue<String> transferQueue;private String name;private Integer messageCount;public static final AtomicInteger messageProduced = new AtomicInteger();@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < messageCount; i++) {try {boolean added = transferQueue.tryTransfer( "第"+i+"个", 2000, TimeUnit.MILLISECONDS);log.info("transfered {} 是否成功: {}","第"+i+"个",added);if(added){messageProduced.incrementAndGet();}} catch (InterruptedException e) {log.error(e.getMessage(),e);}}log.info("total transfered {}",messageProduced.get());}
}
在生产者的run方法中,我们调用了tryTransfer方法,等待2秒钟,如果没成功则直接返回。
再定义一个消费者:
@Slf4j
@Data
@AllArgsConstructor
public class Consumer implements Runnable {private TransferQueue<String> transferQueue;private String name;private int messageCount;public static final AtomicInteger messageConsumed = new AtomicInteger();@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < messageCount; i++) {try {String element = transferQueue.take();log.info("take {}",element );messageConsumed.incrementAndGet();Thread.sleep(500);} catch (InterruptedException e) {log.error(e.getMessage(),e);}}log.info("total consumed {}",messageConsumed.get());}}
在run方法中,调用了transferQueue.take方法来取消息。
下面先看一下一个生产者,零个消费者的情况:
@Testpublic void testOneProduceZeroConsumer() throws InterruptedException {TransferQueue<String> transferQueue = new LinkedTransferQueue<>();ExecutorService exService = Executors.newFixedThreadPool(10);Producer producer = new Producer(transferQueue, "ProducerOne", 5);exService.execute(producer);exService.awaitTermination(50000, TimeUnit.MILLISECONDS);exService.shutdown();}
输出结果:
[pool-1-thread-1] INFO com.flydean.Producer - transfered 第0个 是否成功: false
[pool-1-thread-1] INFO com.flydean.Producer - transfered 第1个 是否成功: false
[pool-1-thread-1] INFO com.flydean.Producer - transfered 第2个 是否成功: false
[pool-1-thread-1] INFO com.flydean.Producer - transfered 第3个 是否成功: false
[pool-1-thread-1] INFO com.flydean.Producer - transfered 第4个 是否成功: false
[pool-1-thread-1] INFO com.flydean.Producer - total transfered 0
可以看到,因为没有消费者,所以消息并没有发送成功。
再看下一个有消费者的情况:
@Testpublic void testOneProduceOneConsumer() throws InterruptedException {TransferQueue<String> transferQueue = new LinkedTransferQueue<>();ExecutorService exService = Executors.newFixedThreadPool(10);Producer producer = new Producer(transferQueue, "ProducerOne", 2);Consumer consumer = new Consumer(transferQueue, "ConsumerOne", 2);exService.execute(producer);exService.execute(consumer);exService.awaitTermination(50000, TimeUnit.MILLISECONDS);exService.shutdown();}
输出结果:
[pool-1-thread-2] INFO com.flydean.Consumer - take 第0个
[pool-1-thread-1] INFO com.flydean.Producer - transfered 第0个 是否成功: true
[pool-1-thread-2] INFO com.flydean.Consumer - take 第1个
[pool-1-thread-1] INFO com.flydean.Producer - transfered 第1个 是否成功: true
[pool-1-thread-1] INFO com.flydean.Producer - total transfered 2
[pool-1-thread-2] INFO com.flydean.Consumer - total consumed 2
可以看到Producer和Consumer是一个一个来生产和消费的。
总结
本文介绍了Queue接口和它的三大分类,这三大分类又有非常多的实现类,我们将会在后面的文章中再详细介绍。
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