《資料結構與演算法之美》06 佇列

一、概念

佇列：先進者先出。與棧一樣，也是一種受限的線性表，同樣有兩個基本操作：入隊和出隊。

二、佇列實現

佇列有兩種實現方式：順序佇列和鏈式佇列。

順序佇列

用陣列實現的佇列叫作順序佇列。

需要兩個指標：head指標和

tail

指標，分別指向隊頭和隊尾。

隨著入隊和出隊操作，head和

tail

會移到最右邊，即便還有空閒空間，也不通用再入隊了。這時候要用資料搬移。在入隊時，把資料陣列前端移動。

// 用陣列實現的隊列

public class arrayqueue
// 入隊
public bool enqueue(string item)
// 搬移完之後重新更新head和tail
tail -= head;
head = 0;
}items[tail] = item;
++tail;
return true;
}// 出隊
public string dequeue()
}

用鍊錶實現的佇列叫作鏈式佇列。

需要兩個指標：head指標和

tail

指標，分別指向鍊錶第乙個結點和最後乙個結點。

// 入隊

public bool enqueue(string item)

// 第一次入隊

if (head == null || tail == null)

else

--n;

return true;

}// 出隊

public string dequeue()

public class mylinkedlistnode

public string data

public mylinkedlistnode next }}

迴圈佇列

上面的陣列實現，在tail==n時，會有資料搬移操作，這樣入隊操作效能就會受到影響。

迴圈佇列是一種特殊的佇列，長得像個環，原來陣列是有頭有尾的，是一條直線，現在把首尾相連，形成乙個環，如下圖：

佇列空的條件：head==tail

佇列滿的條件：(tail+1)%n=head

public class circularqueue

// 入隊
public bool enqueue(string item)
// 出隊
public string dequeue()
}

三、阻塞佇列和併發佇列

阻塞佇列就是在佇列基礎上增加了阻塞操作。簡單來說，就是在隊列為空的時候，從隊頭取資料會被阻塞。

可以使用阻塞佇列來實現「生產者

-消費者模型」。

通過協調「生產者」和

「消費者

」的個數，來提高資料的處理效率。

併發佇列就是要求執行緒安全的佇列。通過在enqueue()和

dequeue()

方法上加鎖。

四、執行緒池實現

有兩種處理策略。

1、非阻塞的處理方式，直接拒絕任務請求。

2、阻塞的處理方式，將請求排除，等有空閒執行緒時，取出請求繼續處理。

而佇列有兩種實現方式：基於陣列和基於鍊錶。

基於鍊錶，可以實現乙個支援無限排除的無界佇列，但可能會導致響應時間過長，對於響應時間比較敏感的系統，不適合採用這種方式。

基於陣列實現的有界佇列，佇列的大小有限，超過佇列大小時會拒絕請求，但設定乙個合理的佇列大小是非常講究的，既不能太大，也不能太小而無法充分利用資源，發揮最大效能。

對於大部分資源有限的場景，當沒有空閒資源時，基本上都可以通過「佇列

」這種資料結構來實現請求排除。

五、課後思考

1. 除了執行緒池這種池結構會用到隊列排隊請求，你還知道有哪些類似的池結構或者場景中會用到隊列的排隊請求呢？

比如資料庫連續池、web應該的請求佇列等。

2. 今天講到併發隊列，關於如何實現無鎖併發隊列，網上有非常多的討論。對這個問題，你怎麼看呢？

在多執行緒高併發程式設計的時候，最關鍵的問題就是保證共享物件的安全訪問。通常是用synchronized 來處理，其實加鎖本質上是將併發轉變為序列來實現的，勢必會影響吞吐量。

而最高效的做法就是不加鎖，那就是cas，

compare and swap

即比較並替換，設計併發演算法時常用到的一種技術。

cas實現原理：

cas有三個運算元：記憶體值

v、舊的預期值

a、要修改的值

b，當且僅當預期值

a和記憶體值

v相同時，將記憶體值修改為

b並返回

true

，否則什麼都不做並返回

false

。

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