前言
隊列是一種非常實用的數據結構，類似於生活中發排隊，可應用於生活，開發中各個方面，比如共享打印機（先請求先打印），消息隊列。你想知道他們是怎么工作的么。那就來一起學習一下隊列吧
正文
一、隊列的定義？
1.一種先進先出的線性表
2.只允許入棧 push()和出棧 pop()
在后端（稱為rear）進行插入操作，在前端（稱為front）進行刪除操作。
二、如何用代碼實現隊列？
1.java中JDK提供了Queue接口
使得LinkedList實現了該接口，所以使用隊列的時候，一般采用LinkedList。因為LinkedList是雙向鏈表，可以很方便的實現隊列的所有功能。
Queue使用時要盡量避免Collection的add()和remove()方法，而是要使用offer()來加入元素，使用poll()來獲取並移出元素。它們的優點是通過返回值可以判斷成功與否，add()和remove()方法在失敗的時候會拋出異常。 如果要使用前端而不移出該元素，使用
element()或者peek()方法。
2.數組實現（順序隊列）
public class ArrayQueue { //存儲數據的數組
private String[] items; //記錄數組容量
private int n; private int size; //head記錄隊頭索引，tail記錄隊尾索引
private int head = 0; private int tail = 0; //申請一個指定容量的隊列
public ArrayQueue(int capacity){ items = new String[capacity]; n = capacity; } /* * 入隊： * 1.堆滿的時，入隊失敗 * 1.1頻繁出入隊，造成數組使用不連續 * 1.2在入隊的時候，集中觸發進行數據搬移 * 2.在末尾插入數據，注意tail指向隊尾元素的索引+1 */
public boolean enqueue(String item){ //表示隊滿
if(head == 0 && tail == n) return false; //表示需要數據搬移
else if(head != 0 && tail == n){ for (int i = head; i < tail; i++) { items[i-head] = items[i]; } head = 0; tail = tail - head; } //將數據加入隊列
items[tail++] = item; size++; return true; } //出隊：1.隊空時，出隊失敗;2.出隊，head索引+1
public String dequeue(){ String res = null; if(head == tail) return res; res = items[head++]; size--; return res; } }
(代碼來源於姜威)
3.鏈表實現（鏈式隊列）
public class LinkedQueue { //定義一個節點類
private class Node{ String value; Node next; } //記錄隊列元素個數
private int size = 0; //head指向隊頭結點，tail指向隊尾節點
private Node head; private Node tail; //申請一個隊列
public LinkedQueue(){} //入隊
public boolean enqueue(String item){ Node newNode = new Node(); newNode.value = item; if (size == 0) head = newNode; else tail.next = newNode; tail = newNode; size++; return true; } //出隊
public String dequeue(){ String res = null; if(size == 0) return res; if(size == 1) tail = null; res = head.value; head = head.next; size--; return res; } }
(代碼來源於姜威)
4.循環隊列（基於數組）
循環隊列的實現 public class LoopArrayQueue { //存儲數據的數組
private String[] items; //記錄數組容量
private int n; private int size = 0; //head記錄隊頭索引，tail記錄隊尾索引
private int head = 0; private int tail = 0; //申請一個指定容量的隊列
public LoopArrayQueue(int capacity){ items = new String[capacity]; n = capacity; } //入隊：關鍵在於隊滿的條件
public boolean enqueue(String item){ if ((tail + 1) % n == head) return false; items[tail] = item; tail = (tail + 1) % n; size++; return true; } //出隊：關鍵在於隊空的條件
public String dequeue(){ String res = null; if(head == tail) return res; res = items[head]; head = (head + 1) % n; size--; return res; } }
(代碼來源於姜威)
三、隊列的常見的應用阻塞隊列和並發隊列
1.阻塞隊列
1）在隊列的基礎上增加阻塞操作，形成了阻塞隊列。
2）阻塞隊列就是在隊列為空的時候，從隊頭取數據會被阻塞，因為此時還沒有數據可取，直到隊列中有了數據才能返回；如果隊列已經滿了，那么插入數據的操作就會被阻塞，直到隊列中有空閑位置后再插入數據，然后在返回。
3）“生產者-消費者模型”
(圖片來源於王爭)
基於阻塞隊列實現的“生產者-消費者模型”可以有效地協調生產和消費的速度。
當“生產者”生產數據的速度過快，“消費者”來不及消費時，存儲數據的隊列很快就會滿了，這時生產者就阻塞等待，直到“消費者”消費了數據，“生產者”才會被喚醒繼續生產。不僅如此，基於阻塞隊列，我們還可以通過協調“生產者”和“消費者”的個數，來提高數據處理效率，比如配置幾個消費者，來應對一個生產者。
2.並發隊列
1）在多線程的情況下，會有多個線程同時操作隊列，這時就會存在線程安全問題。
線程安全問題的隊列就稱為並發隊列。
2）並發隊列簡單的實現就是在enqueue()、dequeue()方法上加鎖，但是鎖粒度大並發度會比較低，同一時刻僅允許一個存或取操作。
3）基於數組的循環隊列利用CAS原子操作，可以實現非常高效的並發隊列。這也是循環隊列比鏈式隊列應用更加廣泛的原因。
3.線程池資源枯竭是的處理
在資源有限的場景，當沒有空閑資源時，基本上都可以通過“隊列”這種數據結構來實現請求排隊。
四、隊列在線程池等有限資源中的應用
當我們向固定大小的線程池中請求一個線程時，如果線程池中沒有空閑資源了，這個時候線程池如何處理這個請求？是拒絕請求還是排隊請求？各種處理策略又是怎么實現的呢？
兩種處理策略：
非阻塞的處理方式，直接拒絕任務請求
阻塞的處理方式，將請求排隊，等有空閑線程，取出隊列中請求繼續處理
基於鏈表的實現方式，可以實現一個支持無線排隊的無界隊列，但是可能會導致過多的請求排隊，請求處理的響應時間過長
基於數組的實現的有界隊列，隊列的大小有限，所以線程池中排隊的請求超過隊列大小時，接下來的請求就會被拒絕，這種方式對響應時間敏感的系統，更加合適；
隊列可以應用在任何有限的資源池中，當沒有空閑資源都可以通過“隊列”來實現請求排隊
五、思考
1.除了線程池這種池結構會用到隊列排隊請求，還有哪些類似線程池結構或者場景中會用到隊列的排隊請求呢？
在很多偏底層的系統、框架、中間件的開發中，起着關鍵性的作用。比如高性能隊列 Disruptor、Linux 環形緩存，都用到了循環並發隊列；Java concurrent 並發包利用 ArrayBlockingQueue 來實現公平鎖等。
分布式消息隊列，如 kafka 也是一種隊列
2.今天講到並發隊列，關於如何實現無鎖的並發隊列，網上有很多討論。對這個問題，你怎么看？
可以使用 cas + 數組的方式實現。考慮使用CAS實現無鎖隊列，則在入隊前，獲取tail位置，入隊時比較tail是否發生變化，如果否，則允許入隊，反之，本次入隊失敗。出隊則是獲取head位置，進行cas
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作者：Dawnzhang
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