前言
本篇文章主要解决如下的问题：
- 队列的特点是什么？
- 如何实现一个队列？
- 在什么场景下需要使用循环队列？
- 阻塞队列的特点和使用场景？
- 并发队列的特点是什么？
- 队列的具体使用场景有哪些？
一、队列的定义
和栈一样也是一种操作受限的线性表，特点是元素先进先出，比较适用于需要排队获取资源的业务场景中。和栈的不同是，栈的入栈和出栈操作都是在栈顶进行的，而队列的入队操作是在队尾进行，出队操作是在队头进行。
二、实现一个队列
2.1 顺序队列
用数组实现的队列称为顺序队列，一个基本的实现如下所示：
public class MyQueue {
private String[] items;
private int size = 0;
// 头指针
private int head = 0;
// 尾指针
private int tail = 0;
public MyQueue(int size){
this.items = new String[size];
this.size = size;
}
public boolean enqueue(String item){
// 队列已满
if(tail == size){
return false;
}
items[tail] = item;
tail++;
return true;
}
public String dequeue(){
// 队列已空
if(head == tail){
return null;
}
String result = items[head];
head++;
return result;
}
}
顺序队列1
顺序队列2
当入队和出队一定次数后，我们发现队列的头尾指针不断地逼近数组后半部分，到最后，即使数组中还有空闲空间，也不能再入队了，如何解决这一问题呢？
其实和数组一样，当检测元素入队的时候，数组中明明有空闲的空间，但是当前没有空间可以入队时，需要做一次数据搬移操作。修改后的入队代码修改为如下：
public boolean enqueue(String item){
if(tail == size){
// 队列已满
if(head == 0){
return false;
}
// 队列内容整体搬移到数组头部
for(int i=head;i<tail;i++){
items[i-head] = items[i];
}
tail -= head;
head = 0;
}
items[tail] = item;
tail++;
return true;
}
顺序队列的数据搬移
2.2 链式队列
用链表实现的队列称为链式队列，相较于顺序队列，链式队列不需要连续的内存空间，也不需要搬移数据，比较适合入队和出队操作，但是不方便查找队列中的元素。
2.3 循环队列
循环队列主要是为了解决顺序队列中数据搬移的问题，它把数组的最后一个空间和第一个空间衔接起来，形成一个环，当tail在最后一个空间时，此时如果再入队，那么tail就会变成0，随后变成1、2、3等，如此循环。
链式队列1
链式队列2
需要注意的，此时判断队列为空的条件还是head == tail，但是判断队列已满的条件则是(tail+1)%size==head，可以自己画图总结下规律就能得到如上答案。
2.4 阻塞队列
在队列的基础上增加了阻塞的操作。即在队列为空的时候，如果有线程从队列中取数据，那么该线程会被阻塞，一直等到队列中有了数据，才会唤醒该线程，取得它需要的数据；在队列为满的时候，如果有线程需要将数据放入队列，那么也会被阻塞，一直等到队列中存在空闲空间时，才会唤醒该线程，放入元素。
阻塞队列的优势在于，可以控制消费者或者生产者的速率，还可以通过调整消费者和生产者的数量来提高处理速度。
阻塞队列
2.5 并发队列
线程安全的队列我们称为并发队列，比如我们可以在入队和出队的方法上加上同步锁，保证同一时刻只有一个出队操作或者入队操作。当然，加锁的粒度比较粗，效率低下，我们可以在循环队列上使用CAS原子操作来实现非常高效的并发队列（无锁并发队列）。
三、队列的使用场景
3.1 Disruptor
3.2 Linux环形缓存
3.3 ArrayBlockingQueue
3.4 池资源
诸如线程池、数据库连接池之类的池资源都会使用到队列。比如，当池子中没有空闲资源的时候，新的线程任务还去池子中请求资源该怎么办？通常有如下两种策略：
- 非阻塞式地拒绝请求；这种方式不涉及排队，因此用不着队列；
- 阻塞式地等待资源；如果需要公平地对待每一个请求，符合先进先出的特点，那么就是用队列。使用顺序队列和链式队列在这里有着不同的作用。
- 链式队列可以实现一个支持无限排队的无界队列，但是极有可能导致排队过多，请求被处理的时效非常长，所以，如果是针对响应时间要求高的系统，那么链式队列是不合适的；
- 顺序队列则是有界的，当请求入队使得队列满了之后，后续的请求都会被拒绝，比较适合对响应时间要求高的系统。需要注意的是，顺序队列的大小设置需要按照实际的业务场景和并发量进行考究，太大容易导致排队请求过多，太小容易导致系统资源无法充分利用。
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