Java中的5大队列，你知道几个？-低调大师

Java中的5大队列，你知道几个？

2020-10-24 377

作者 | 王磊

来源 | Java中文社群（ID：javacn666）

转载请联系授权（微信ID：GG_Stone）

本文已收录至 https://github.com/vipstone/algorithm 《算法图解》系列。

通过前面文章的学习《一文详解「队列」，手撸队列的3种方法！》我们知道了队列（Queue）是先进先出（FIFO）的，并且我们可以用数组、链表还有 List 的方式来实现自定义队列，那么本文我们来系统的学习一下官方是如何实现队列的。

Java 中的队列有很多，例如：ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityQueue、DelayQueue、SynchronousQueue 等，那它们的作用是什么？又是如何分类的呢？

其实 Java 中的这些队列可以从不同的维度进行分类，例如可以从阻塞和非阻塞进行分类，也可以从有界和无界进行分类，而本文将从队列的功能上进行分类，例如：优先队列、普通队列、双端队列、延迟队列等。

虽然本文的重点是从功能上对队列进行解读，但其它分类也是 Java 中的重要概念，所以我们先来了解一下它们。

阻塞队列和非阻塞队列

阻塞队列（Blocking Queue）提供了可阻塞的 put 和 take 方法，它们与可定时的 offer 和 poll 是等价的。如果队列满了 put 方法会被阻塞等到有空间可用再将元素插入；如果队列是空的，那么 take 方法也会阻塞，直到有元素可用。当队列永远不会被充满时，put 方法和 take 方法就永远不会阻塞。

我们可以从队列的名称中知道此队列是否为阻塞队列，阻塞队列中包含 BlockingQueue 关键字，比如以下这些：

ArrayBlockingQueue
LinkedBlockingQueue
PriorityBlockingQueue
.......

阻塞队列功能演示

接下来我们来演示一下当阻塞队列的容量满了之后会怎样，示例代码如下：

import java.util.Date;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;

public class BlockingTest {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 创建一个长度为 5 的阻塞队列
        ArrayBlockingQueue q1 = new ArrayBlockingQueue(5);
        
        // 新创建一个线程执行入列
        new Thread(() -> {
            // 循环 10 次
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    q1.put(i);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(new Date() + " | ArrayBlockingQueue Size:" + q1.size());
            }
            System.out.println(new Date() + " | For End.");
        }).start();

        // 新创建一个线程执行出列
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                try {
                    // 休眠 1S
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                if (!q1.isEmpty()) {
                    try {
                        q1.take(); // 出列
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }).start();
    }
}

以上代码的执行结果如下：

Mon Oct 19 20:16:12 CST 2020 | ArrayBlockingQueue Size:1

Mon Oct 19 20:16:12 CST 2020 | ArrayBlockingQueue Size:2

Mon Oct 19 20:16:12 CST 2020 | ArrayBlockingQueue Size:3

Mon Oct 19 20:16:12 CST 2020 | ArrayBlockingQueue Size:4

Mon Oct 19 20:16:12 CST 2020 | ArrayBlockingQueue Size:5

Mon Oct 19 20:16:13 CST 2020 | ArrayBlockingQueue Size:5

Mon Oct 19 20:16:14 CST 2020 | ArrayBlockingQueue Size:5

Mon Oct 19 20:16:15 CST 2020 | ArrayBlockingQueue Size:5

Mon Oct 19 20:16:16 CST 2020 | ArrayBlockingQueue Size:5

Mon Oct 19 20:16:17 CST 2020 | ArrayBlockingQueue Size:5

Mon Oct 19 20:16:17 CST 2020 | For End.

从上述结果可以看出，当 ArrayBlockingQueue 队列满了之后就会进入阻塞，当过了 1 秒有元素从队列中移除之后，才会将新的元素入列。

非阻塞队列

非阻塞队列也就是普通队列，它的名字中不会包含 BlockingQueue 关键字，并且它不会包含 put 和 take 方法，当队列满之后如果还有新元素入列会直接返回错误，并不会阻塞的等待着添加元素，如下图所示：

非阻塞队列的典型代表是 ConcurrentLinkedQueue 和 PriorityQueue。

有界队列和无界队列

有界队列：是指有固定大小的队列，比如设定了固定大小的 ArrayBlockingQueue，又或者大小为 0 的 SynchronousQueue。

无界队列：指的是没有设置固定大小的队列，但其实如果没有设置固定大小也是有默认值的，只不过默认值是 Integer.MAX_VALUE，当然实际的使用中不会有这么大的容量（超过 Integer.MAX_VALUE），所以从使用者的角度来看相当于 “无界”的。

按功能分类

接下来就是本文的重点了，我们以功能来划分一下队列，它可以被分为：普通队列、优先队列、双端队列、延迟队列、其他队列等，接下来我们分别来看。

1.普通队列

普通队列（Queue）是指实现了先进先出的基本队列，例如 ArrayBlockingQueue 和 LinkedBlockingQueue，其中 ArrayBlockingQueue 是用数组实现的普通队列，如下图所示：

而 LinkedBlockingQueue 是使用链表实现的普通队列，如下图所示：

常用方法

普通队列中的常用方法有以下这些：

offer()：添加元素，如果队列已满直接返回 false，队列未满则直接插入并返回 true；
poll()：删除并返回队头元素，当队列为空返回 null；
add()：添加元素，此方法是对 offer 方法的简单封装，如果队列已满，抛出 IllegalStateException 异常；
remove()：直接删除队头元素；
put()：添加元素，如果队列已经满，则会阻塞等待插入；
take()：删除并返回队头元素，当队列为空，则会阻塞等待；
peek()：查询队头元素，但不会进行删除；
element()：对 peek 方法进行简单封装，如果队头元素存在则取出并不删除，如果不存在抛出 NoSuchElementException 异常。

注意：一般情况下 offer() 和 poll() 方法配合使用，put() 和 take() 阻塞方法配合使用，add() 和 remove() 方法会配合使用，程序中常用的是 offer() 和 poll() 方法，因此这两个方法比较友好，不会报错。

接下来我们以 LinkedBlockingQueue 为例，演示一下普通队列的使用：

import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;

static class LinkedBlockingQueueTest {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedBlockingQueue queue = new LinkedBlockingQueue();
        queue.offer("Hello");
        queue.offer("Java");
        queue.offer("中文社群");
        while (!queue.isEmpty()) {
            System.out.println(queue.poll());
        }
    }
}

以上代码的执行结果如下：

Hello

Java

中文社群

2.双端队列

双端队列（Deque）是指队列的头部和尾部都可以同时入队和出队的数据结构，如下图所示：

接下来我们来演示一下双端队列 LinkedBlockingDeque 的使用：

import java.util.concurrent.LinkedBlockingDeque;

/**
  * 双端队列示例
  */
static class LinkedBlockingDequeTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个双端队列
        LinkedBlockingDeque deque = new LinkedBlockingDeque();
        deque.offer("offer"); // 插入首个元素
        deque.offerFirst("offerFirst"); // 队头插入元素
        deque.offerLast("offerLast"); // 队尾插入元素
        while (!deque.isEmpty()) {
            // 从头遍历打印
            System.out.println(deque.poll());
        }
    }
}

以上代码的执行结果如下：

offerFirst

offer

offerLast

3.优先队列

优先队列（PriorityQueue）是一种特殊的队列，它并不是先进先出的，而是优先级高的元素先出队。

优先队列是根据二叉堆实现的，二叉堆的数据结构如下图所示：

二叉堆分为两种类型：一种是最大堆一种是最小堆。以上展示的是最大堆，在最大堆中，任意一个父节点的值都大于等于它左右子节点的值。

因为优先队列是基于二叉堆实现的，因此它可以将优先级最好的元素先出队。

接下来我们来演示一下优先队列的使用：

import java.util.PriorityQueue;

public class PriorityQueueTest {
    // 自定义的实体类
    static class Viper {
        private int id; // id
        private String name; // 名称
        private int level; // 等级

        public Viper(int id, String name, int level) {
            this.id = id;
            this.name = name;
            this.level = level;
        }

        public int getId() {
            return id;
        }

        public void setId(int id) {
            this.id = id;
        }

        public String getName() {
            return name;
        }

        public void setName(String name) {
            this.name = name;
        }

        public int getLevel() {
            return level;
        }

        public void setLevel(int level) {
            this.level = level;
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
  PriorityQueue queue = new PriorityQueue(10, new Comparator<Viper>() {
            @Override
            public int compare(Viper v1, Viper v2) {
                // 设置优先级规则（倒序，等级越高权限越大）
                return v2.getLevel() - v1.getLevel();
            }
        });
        // 构建实体类
        Viper v1 = new Viper(1, "Java", 1);
        Viper v2 = new Viper(2, "MySQL", 5);
        Viper v3 = new Viper(3, "Redis", 3);
        // 入列
        queue.offer(v1);
        queue.offer(v2);
        queue.offer(v3);
        while (!queue.isEmpty()) {
            // 遍历名称
            Viper item = (Viper) queue.poll();
            System.out.println("Name：" + item.getName() +
                               " Level：" + item.getLevel());
        }
    }
}

以上代码的执行结果如下：

Name：MySQL Level：5

Name：Redis Level：3

Name：Java Level：1

从上述结果可以看出，优先队列的出队是不考虑入队顺序的，它始终遵循的是优先级高的元素先出队。

4.延迟队列

延迟队列（DelayQueue）是基于优先队列 PriorityQueue 实现的，它可以看作是一种以时间为度量单位的优先的队列，当入队的元素到达指定的延迟时间之后方可出队。

我们来演示一下延迟队列的使用：

import lombok.Getter;
import lombok.Setter;
import java.text.DateFormat;
import java.util.Date;
import java.util.concurrent.DelayQueue;
import java.util.concurrent.Delayed;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class CustomDelayQueue {
    // 延迟消息队列
    private static DelayQueue delayQueue = new DelayQueue();
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        producer(); // 调用生产者
        consumer(); // 调用消费者
    }

    // 生产者
    public static void producer() {
        // 添加消息
        delayQueue.put(new MyDelay(1000, "消息1"));
        delayQueue.put(new MyDelay(3000, "消息2"));
    }

    // 消费者
    public static void consumer() throws InterruptedException {
        System.out.println("开始执行时间：" +
                DateFormat.getDateTimeInstance().format(new Date()));
        while (!delayQueue.isEmpty()) {
            System.out.println(delayQueue.take());
        }
        System.out.println("结束执行时间：" +
                DateFormat.getDateTimeInstance().format(new Date()));
    }

    static class MyDelay implements Delayed {
        // 延迟截止时间（单位：毫秒）
        long delayTime = System.currentTimeMillis();
        // 借助 lombok 实现
        @Getter
        @Setter
        private String msg;

        /**
         * 初始化
         * @param delayTime 设置延迟执行时间
         * @param msg       执行的消息
         */
        public MyDelay(long delayTime, String msg) {
            this.delayTime = (this.delayTime + delayTime);
            this.msg = msg;
        }

        // 获取剩余时间
        @Override
        public long getDelay(TimeUnit unit) {
            return unit.convert(delayTime - System.currentTimeMillis(), TimeUnit.MILLISECONDS);
        }

        // 队列里元素的排序依据
        @Override
        public int compareTo(Delayed o) {
            if (this.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS) > o.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS)) {
                return 1;
            } else if (this.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS) < o.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS)) {
                return -1;
            } else {
                return 0;
            }
        }
        @Override
        public String toString() {
            return this.msg;
        }
    }
}

以上代码的执行结果如下：

开始执行时间：2020-10-20 20:17:28

消息1

消息2

结束执行时间：2020-10-20 20:17:31

从上述结束执行时间和开始执行时间可以看出，消息 1 和消息 2 都正常实现了延迟执行的功能。

5.其他队列

在 Java 的队列中有一个比较特殊的队列 SynchronousQueue，它的特别之处在于它内部没有容器，每次进行 put() 数据后（添加数据），必须等待另一个线程拿走数据后才可以再次添加数据，它的使用示例如下：

import java.util.concurrent.SynchronousQueue;

public class SynchronousQueueTest {

    public static void main(String[] args) {
        SynchronousQueue queue = new SynchronousQueue();

        // 入队
        new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 3; i++) {
                try {
                    System.out.println(new Date() + "，元素入队");
                    queue.put("Data " + i);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }
        }).start();

        // 出队
        new Thread(() -> {
            while (true) {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                    System.out.println(new Date() + "，元素出队：" + queue.take());
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }).start();
    }
}

以上代码的执行结果如下：

Mon Oct 19 21:00:21 CST 2020，元素入队

Mon Oct 19 21:00:22 CST 2020，元素出队：Data 0

Mon Oct 19 21:00:22 CST 2020，元素入队

Mon Oct 19 21:00:23 CST 2020，元素出队：Data 1

Mon Oct 19 21:00:23 CST 2020，元素入队

Mon Oct 19 21:00:24 CST 2020，元素出队：Data 2

从上述结果可以看出，当有一个元素入队之后，只有等到另一个线程将元素出队之后，新的元素才能再次入队。

总结

本文讲了 Java 中的 5 种队列：普通队列、双端队列、优先队列、延迟队列、其他队列。其中普通队列的典型代表为 ArrayBlockingQueue 和 LinkedBlockingQueue，双端队列的代表为 LinkedBlockingDeque，优先队列的代表为 PriorityQueue，延迟队列的代表为 DelayQueue，最后还讲了内部没有容器的其他队列 SynchronousQueue。

一文详解「队列」，手撸队列的3种方法！

动图演示：手撸堆栈的两种实现方法！

JDK 竟然是这样实现栈的？

关注我，每天陪你进步一点点！

本文分享自微信公众号 - Java中文社群（javacn666）。
如有侵权，请联系 support@oschina.cn 删除。
本文参与“OSC源创计划”，欢迎正在阅读的你也加入，一起分享。

微信关注我们

原文链接：https://my.oschina.net/u/3471412/blog/4689559

转载内容版权归作者及来源网站所有！

低调大师中文资讯倾力打造互联网数据资讯、行业资源、电子商务、移动互联网、网络营销平台。持续更新报道IT业界、互联网、市场资讯、驱动更新,是最及时权威的产业资讯及硬件资讯报道平台。

CVE-2020-0796：微软 SMBv3 协议RCE复现

简介 SMB(全称是Server Message Block)是一个协议名，它能被用于Web连接和客户端与服务器之间的信息沟通。漏洞概述 (CVE-2020-0796 SMBGhost)该漏洞是由于SMBv3协议在处理恶意的压缩数据包时出错所造成的，它可让远程且未经身份验证的攻击者在目标系统上执行任意代码。该漏洞的后果十分接近永恒之蓝系列，都利用Windows SMB漏洞远程攻击获取系统最高权限，WannaCry勒索蠕虫就是利用永恒之蓝系列漏洞攻击工具制造的大灾难。影响版本适用于32位系统的Windows 10版本1903 Windows 10 1903版（用于基于x64的系统） Windows 10 1903版（用于基于ARM64的系统） Windows Server 1903版（服务器核心安装）适用于32位系统的Windows 10版本1909 Windows 10版本1909（用于基于x64的系统） Windows 10 1909版（用于基于ARM64的系统） Windows Server版本1909（服务器核心安装）这里是我使用的Windows10版本的靶机环境搭建...

2020-10-23

565

探索性数据分析（EDA）涉及两个基本步骤数据分析（数据预处理、清洗以及处理）。数据可视化（使用不同类型的图来展示数据中的关系）。 Pandas 是 Python 中最常用的数据分析库。Python 提供了大量用于数据可视化的库，Matplotlib 是最常用的，它提供了对绘图的完全控制，并使得绘图自定义变得容易。但是，Matplotlib 缺少了对 Pandas 的支持。而 Seaborn 弥补了这一缺陷，它是建立在 Matplotlib 之上并与 Pandas 紧密集成的数据可视化库。然而，Seaborn 虽然活干得漂亮，但是函数众多，让人不知道到底该怎么使用它们？不要怂，本文就是为了理清这点，让你快速掌握这款利器。这篇文章主要涵盖如下内容， Seaborn 中提供的不同的绘图类型。 Pandas 与 Seaborn 的集成如何实现以最少的代码绘制复杂的多维图？如何在 Matplotlib 的辅助下自定义 Seaborn 绘图设置？谁适合阅读这篇文章？如果你具备 Matplotlib 和 Pandas 的基本知识，并且想探索一下 Seaborn，那么这篇文章正是不...

2020-10-25

547

资源下载

更多资源

Nacos

Nacos /nɑ:kəʊs/ 是 Dynamic Naming and Configuration Service 的首字母简称，一个易于构建 AI Agent 应用的动态服务发现、配置管理和AI智能体管理平台。Nacos 致力于帮助您发现、配置和管理微服务及AI智能体应用。Nacos 提供了一组简单易用的特性集，帮助您快速实现动态服务发现、服务配置、服务元数据、流量管理。Nacos 帮助您更敏捷和容易地构建、交付和管理微服务平台。

Spring

Spring框架（Spring Framework）是由Rod Johnson于2002年提出的开源Java企业级应用框架，旨在通过使用JavaBean替代传统EJB实现方式降低企业级编程开发的复杂性。该框架基于简单性、可测试性和松耦合性设计理念，提供核心容器、应用上下文、数据访问集成等模块，支持整合Hibernate、Struts等第三方框架，其适用范围不仅限于服务器端开发，绝大多数Java应用均可从中受益。

Rocky Linux

Rocky Linux（中文名：洛基）是由Gregory Kurtzer于2020年12月发起的企业级Linux发行版，作为CentOS稳定版停止维护后与RHEL（Red Hat Enterprise Linux）完全兼容的开源替代方案，由社区拥有并管理，支持x86_64、aarch64等架构。其通过重新编译RHEL源代码提供长期稳定性，采用模块化包装和SELinux安全架构，默认包含GNOME桌面环境及XFS文件系统，支持十年生命周期更新。

WebStorm

WebStorm 是jetbrains公司旗下一款JavaScript 开发工具。目前已经被广大中国JS开发者誉为“Web前端开发神器”、“最强大的HTML5编辑器”、“最智能的JavaScript IDE”等。与IntelliJ IDEA同源，继承了IntelliJ IDEA强大的JS部分的功能。