队列

一、什么是队列？

1. 先进者先出，这就是典型的“队列”结构。
2. 支持两个操作：入队enqueue()，放一个数据到队尾；出队dequeue()，从队头取一个元素。
3. 所以，和栈一样，队列也是一种操作受限的线性表。

二、如何实现队列？

• 队列API
  public interface Queue {
  public void enqueue(T item); //入队
  public T dequeue(); //出队
  public int size(); //统计元素数量
  public boolean isNull(); //是否为空
  }
• 数组实现（顺序队列）
• 链表实现（链式队列）

• 循环队列（基于数组）
  循环队列主要要注意如何判断队列为空和队列满。

  
  
  

  循环队列

三、队列有哪些常见的应用？

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。
   
   

   阻塞队列

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。

四、思考

1. 除了线程池这种池结构会用到队列排队请求，还有哪些类似线程池结构或者场景中会用到队列的排队请求呢？

• 分布式应用中的消息队列，也是一种队列结构

2. 今天讲到并发队列，关于如何实现无锁的并发队列，网上有很多讨论。对这个问题，你怎么看？

• 考虑使用CAS实现无锁队列，则在入队前，获取tail位置，入队时比较tail是否发生变化，如果否，则允许入队，反之，本次入队失败。出队则是获取head位置，进行cas。

小结

队列也是一种“操作受限”的线性表，只支持两种基本操作：入队和出队。

队列的应用非常广泛，特别是一些具有某些额外特性的队列，比如循环队列、阻塞队列、并发队列。它们在很多偏底层的系统、框架、中间件的开发中，起着关键性的作用。比如高性能队列 Disruptor、Linux 环形缓存，都用到了循环并发队列；Java concurrent 并发包利用 ArrayBlockingQueue 来实现公平锁等。

关于如何实现无锁并发队列
可以使用 cas + 数组的方式实现。

队列的其他应用
分布式消息队列，如 kafka 也是一种队列。