java实现环形数组

如何通过java优雅的实现一个环形数组？下面提供2种实现方式

SimpleCircularArray是环形数组简单实现
CircularArrayHolder代码实现参考的是com.netflix.hystrix.utilHystrixRollingNumber

实现方式一、SimpleCircularArray

bucket

/*** 桶** @author wenpanfeng 2022/07/30 11:17*/
public class Bucket {/*** 桶名称*/String name;public Bucket() {}public Bucket(String name) {this.name = name;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}
}

SimpleCircularArray

/*** 简单的环形数组实现，非线程安全，若需保证线程安全只需要在使用时对addLast和clear方法加锁即可** @author wenpanfeng 2022/07/30 13:34*/
public class SimpleCircularArray implements Iterable<Bucket> {/*** 环形数组，数组里是一个个的桶，桶内需要放什么数据可自己决定*/private final AtomicReferenceArray<Bucket> circularArray;/*** 头指针*/private int head;/*** 尾指针*/private int tail;/*** 当前数组内元素的个数*/private int size;/*** 环形数组容量*/private final int capacity;public SimpleCircularArray(int capacity) {circularArray = new AtomicReferenceArray<>(capacity);head = 0;tail = 0;this.capacity = capacity;}public SimpleCircularArray(AtomicReferenceArray<Bucket> circularArray) {this.circularArray = circularArray;head = 0;tail = 0;capacity = circularArray.length();}public void addLast(Bucket bucket) {// 已经到达最后一个if (size == capacity) {if (head == capacity - 1) {head = 0;} else {head = head + 1;}if (tail == capacity) {circularArray.set(0, bucket);tail = 1;} else {circularArray.set(tail, bucket);tail = tail + 1;}} else {// 环形数组中元素个数还未达到capacity，则只移动tailcircularArray.set(tail, bucket);tail = tail + 1;size++;}}/*** 清除环形数组*/public void clear() {size = 0;head = 0;tail = 0;}/*** 在内部数组的副本上返回一个迭代器，以便迭代器不会因同时添加删除的存储桶而失败。*/@Overridepublic Iterator<Bucket> iterator() {// 获取环形数组里的所有元素，这里获取到的是环形数组里的元素的副本return Collections.unmodifiableList(Arrays.asList(getArray())).iterator();}/*** 获取环形数组中所有元素*/protected Bucket[] getArray() {List<Bucket> array = new ArrayList<>();// 依次获取环形数组内部所有元素并加入到新的listfor (int i = 0; i < size; i++) {array.add(circularArray.get(convert(i)));}return array.toArray(new Bucket[0]);}/*** convert() 方法采用逻辑索引（好像 head 始终为 0）并计算 elementData 内的索引*/private int convert(int index) {return (index + head) % (capacity);}}

实现方式二、CircularArrayHolder

/*** 环形数组管理器，通过该holder来方便的操作环形数组** @author wenpanfeng 2022/07/30 11:12*/
public class CircularArrayHolder implements Iterable<Bucket> {/*** 持有一个环形数组的引用，以便于可以通过该引用方便的访问环形数组*/private final AtomicReference<CircularArray> circularArray;/*** 固定值，一旦创建就不会改变, 预留一个空间，作为后续向环形数组增减和删除的支持，* 长度始终为：桶的数量 + 1，比如：如果环形数组里有10个桶，那么该值就是11* <p>*/private final int dataLength;/*** 桶的数量*/private final int numBuckets;/*** 构造函数*/public CircularArrayHolder(int size) {// + 1 as extra room for the add/remove;AtomicReferenceArray<Bucket> buckets = new AtomicReferenceArray<>(size + 1);// state持有该环形数组的引用circularArray = new AtomicReference<>(new CircularArray(buckets, 0, 0));dataLength = buckets.length();numBuckets = size;}/*** 清除环形数组里的所有元素（线程安全）*/public void clear() {while (true) {// 获取到环形数组的引用CircularArray currentCircularArray = circularArray.get();// 调用环形数组的clear方法，此时会返回环形数组新的引用CircularArray newCircularArray = currentCircularArray.clear();// 使用新的引用替换旧的引用if (circularArray.compareAndSet(currentCircularArray, newCircularArray)) {// 如果cas替换成功则退出，不然则进行下一次尝试return;}}}/*** 在内部数组的副本上返回一个迭代器，以便迭代器不会因同时添加删除的存储桶而失败。*/@Overridepublic Iterator<Bucket> iterator() {// 获取环形数组里的所有元素，这里获取到的是环形数组里的元素的副本return Collections.unmodifiableList(Arrays.asList(getArray())).iterator();}/*** 往环形数组尾部添加一个bucket（非线程安全）*/public void addLast(Bucket bucket) {// 获取到环形数组的引用CircularArray currentCircularArray = circularArray.get();// 将元素添加到环形数组里，添加成功后会返回一个新的环形数组的引用CircularArray newCircularArray = currentCircularArray.addBucket(bucket);// 将circularArray重新指向最新的环形数组circularArray.compareAndSet(currentCircularArray, newCircularArray);}/*** 获取环形数组最后一个元素*/public Bucket getLast() {return peekLast();}/*** 获取环形数组里的元素个数*/public int size() {// 大小也可以每次计算为: return (tail + data.length() - head) % data.length();return circularArray.get().size;}/*** 获取环形数组最后一个元素*/public Bucket peekLast() {return circularArray.get().tail();}/*** 获取环形数组中所有的元素*/private Bucket[] getArray() {return circularArray.get().getArray();}/*** 私有内部类，不允许外部直接访问（环形数组实现类，适用于写多读少的场景）*/private class CircularArray {/*** 环形数组，数组里是一个个的桶，桶内需要放什么数据可自己决定*/protected final AtomicReferenceArray<Bucket> data;/*** 环形数组的大小（也就是环形数组中现有元素的个数）*/protected final int size;/*** 数组头节点下标索引*/protected final int tail;/*** 数组尾节点下标索引*/protected final int head;/*** 构造方法*/public CircularArray(AtomicReferenceArray<Bucket> data, int head, int tail) {this.data = data;this.head = head;this.tail = tail;// 计算sizeif (head == 0 && tail == 0) {size = 0;} else {size = (tail + dataLength - head) % dataLength;}}/*** 获取环形数组尾部元素*/public Bucket tail() {// 桶内还没有元素时，返回nullif (size == 0) {return null;} else {// we want to get the last item, so size()-1return data.get(convert(size - 1));}}/*** convert() 方法采用逻辑索引（好像 head 始终为 0）并计算 elementData 内的索引*/private int convert(int index) {return (index + head) % dataLength;}/*** 获取环形数组中所有的元素*/protected Bucket[] getArray() {List<Bucket> array = new ArrayList<>();// 依次获取环形数组内部所有元素并加入到新的listfor (int i = 0; i < size; i++) {array.add(data.get(convert(i)));}return array.toArray(new Bucket[0]);}/*** 增加一个元素到环形数组尾部*/private CircularArray incrementTail() {// 如果已经到达环形数组最大长度，则头尾指针一起移动if (size == numBuckets) {return new CircularArray(data, (head + 1) % dataLength, (tail + 1) % dataLength);} else {// 如果还没有到达环形数组最大容量，则increment only tailreturn new CircularArray(data, head, (tail + 1) % dataLength);}}/*** 清除环形数组，其实也就是新建一个CircularArray然后将头尾指针都指向0位置** @return CircularArray* @author wenpanfeng 2022/7/28 21:31*/public CircularArray clear() {return new CircularArray(new AtomicReferenceArray<>(dataLength), 0, 0);}/*** 添加一个桶到环形数组里*/public CircularArray addBucket(Bucket bucket) {// 设置尾结点位置的值为bucketdata.set(tail, bucket);// 尾部移动一个return incrementTail();}}}

测试

public class Main {public static void main(String[] args) {System.out.println("=============================测试CircularArrayHolder=============================");CircularArrayHolder holder = new CircularArrayHolder(10);for (int i = 0; i < 20; i++) {holder.addLast(new Bucket(String.valueOf(i)));}for (Bucket next : holder) {System.out.println(next.getName());}holder.clear();System.out.println("==================================================");for (Bucket next : holder) {System.out.println(next.getName());}System.out.println("=============================测试SimpleCircularArray=============================");SimpleCircularArray simpleCircularArray = new SimpleCircularArray(10);for (int i = 0; i < 10; i++) {simpleCircularArray.addLast(new Bucket(String.valueOf(i)));}for (Bucket bucket : simpleCircularArray) {System.out.println(bucket.getName());}simpleCircularArray.clear();System.out.println("======================================");for (int i = 0; i < 5; i++) {simpleCircularArray.addLast(new Bucket(String.valueOf(i)));}for (Bucket bucket : simpleCircularArray) {System.out.println(bucket.getName());}simpleCircularArray.clear();System.out.println("======================================");for (int i = 0; i < 3; i++) {simpleCircularArray.addLast(new Bucket(String.valueOf(i)));}for (Bucket bucket : simpleCircularArray) {System.out.println(bucket.getName());}simpleCircularArray.clear();System.out.println("======================================");for (int i = 0; i < 500; i++) {simpleCircularArray.addLast(new Bucket(String.valueOf(i)));}for (Bucket bucket : simpleCircularArray) {System.out.println(bucket.getName());}}
}

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实现方式二、CircularArrayHolder

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