队列的概念和应用

队列最大的特点就是先进先出，主要的两个操作是入队和出队。跟栈一样，它既可以用数组来实现，也可以用链表来实现。用数组实现的叫顺序队列，用链表实现的叫链式队列。特别是长得像一个环的循环队列。在数组实现队列的时候，会有数据搬移操作，要想解决数据搬移的问题，我们就需要像环一样的循环队列。
循环队列是我们这节的重点。要想写出没有 bug 的循环队列实现代码，关键要确定好队空和队满的判定条件，具体的代码你要能写出来。

除此之外，我们还讲了几种高级的队列结构，阻塞队列、并发队列，底层都还是队列这种数据结构，只不过在之上附加了很多其他功能。阻塞队列就是入队、出队操作可以阻塞，并发队列就是队列的操作多线程安全。

对列的实现

1.数组实现队列

public class ArrayQueue {
    // 数组：items，数组大小：n
    private String[] items;
    private int n = 0;
    // head 表示队头下标，tail 表示队尾下标
    private int head = 0;
    private int tail = 0;
    // 申请一个大小为 capacity 的数组
    public ArrayQueue(int capacity) {
        items = new String[capacity];
        n = capacity;
    }
    // 入队
    public boolean enqueue(String item) {
        // 如果 tail == n 表示队列已经满了
        if (tail == n)
            return false;
        items[tail] = item;
        ++tail;
        return true;
    }
    // 出队
    public String dequeue() {
        // 如果 head == tail 表示队列为空
        if (head == tail)
            return null;
        // 为了让其他语言的同学看的更加明确，把 -- 操作放到单独一行来写了
        String ret = items[head];
        ++head;
        return ret;
    }

    // 队列没有空闲空间了，我们只需要在入队时，再集中触发一次数据的搬移操作。
    public boolean moveAndEnqueue(String item) {
        // tail == n 表示队列末尾没有空间了
        if (tail == n) {
            // tail ==n && head==0，表示整个队列都占满了
            if (head == 0)
                return false;
            // 数据搬移
            for (int i = head; i < tail; ++i) {
                items[i - head] = items[i];
            }
            // 搬移完之后重新更新 head 和 tail
            tail -= head;
            head = 0;
        }
        items[tail] = item;
        ++tail;
        return true;
    }

}

2.数组实现循环队列

public class CircularQueue {
    // 数组：items，数组大小：n
    private String[] items;
    private int n = 0;
    // head 表示队头下标，tail 表示队尾下标
    private int head = 0;
    private int tail = 0;
    // 申请一个大小为 capacity 的数组
    public CircularQueue(int capacity) {
        items = new String[capacity];
        n = capacity;
    }
    // 入队
    public boolean enqueue(String item) {
        // 队列满了
        if ((tail + 1) % n == head)
            return false;
        items[tail] = item;
        tail = (tail + 1) % n;
        return true;
    }
    // 出队
    public String dequeue() {
        // 如果 head == tail 表示队列为空
        if (head == tail)
            return null;
        String ret = items[head];
        head = (head + 1) % n;
        return ret;
    }
}

队列的知识就讲完了，我们现在回过来看下开篇的问题。线程池没有空闲线程时，新的任务请求线程资源时，线程池该如何处理？各种处理策略又是如何实现的呢？

我们一般有两种处理策略。第一种是非阻塞的处理方式，直接拒绝任务请求；另一种是阻塞的处理方式，将请求排队，等到有空闲线程时，取出排队的请求继续处理。那如何存储排队的请求呢？

我们希望公平地处理每个排队的请求，先进者先服务，所以队列这种数据结构很适合来存储排队请求。我们前面说过，队列有基于链表和基于数组这两种实现方式。这两种实现方式对于排队请求又有什么区别呢？

基于链表的实现方式，可以实现一个支持无限排队的无界队列（unbounded queue），但是可能会导致过多的请求排队等待，请求处理的响应时间过长。所以，针对响应时间比较敏感的系统，基于链表实现的无限排队的线程池是不合适的。

而基于数组实现的有界队列（bounded queue），队列的大小有限，所以线程池中排队的请求超过队列大小时，接下来的请求就会被拒绝，这种方式对响应时间敏感的系统来说，就相对更加合理。不过，设置一个合理的队列大小，也是非常有讲究的。队列太大导致等待的请求太多，队列太小会导致无法充分利用系统资源、发挥最大性能。

除了前面讲到队列应用在线程池请求排队的场景之外，队列可以应用在任何有限资源池中，用于排队请求，比如数据库连接池等。实际上，对于大部分资源有限的场景，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。