环形队列实现原理 链式实现
队列研究的原理和应用
队列研究的原理和应用1. 队列的基本概念队列是一种常见的数据结构，它遵循先进先出（FIFO）的原则。
在队列中，元素按照先后顺序加入队列，而只有最早加入的元素可以被访问和移除。
队列有两个基本操作，即入队（enqueue）和出队（dequeue）。
2. 队列的原理队列可以采用链表或数组来实现。
链表实现的队列使用指针相连的节点来存储元素，每个节点有一个指向下一个节点的指针和一个存储数据的元素。
数组实现的队列则使用连续的存储空间来存储元素，通过两个指针front和rear分别指向队首和队尾。
2.1 队列的入队操作入队操作将元素添加到队尾。
在链表实现中，只需创建一个新节点，并将其插入到队尾节点的后面。
在数组实现中，将元素存储到rear指针所在位置，并将rear指针后移一位。
2.2 队列的出队操作出队操作将队首元素移除。
在链表实现中，只需将队首节点的next指针指向下一个节点，并将原队首节点删除。
在数组实现中，将队首元素移除，并将front指针后移一位。
2.3 队列的空判断和满判断队列是否为空可以通过判断front和rear指针是否相等来进行判断。
如果相等，则队列为空。
队列是否满可以通过判断rear指针的位置是否达到队列的大小来进行判断。
如果rear指针超过了队列的大小，则队列为满。
3. 队列的应用队列在计算机科学和日常生活中有广泛的应用，以下是一些常见的应用场景：3.1 线程池在多线程编程中，线程池用于管理线程的执行顺序。
线程池维护一个固定数量的线程，任务被加入到队列中，每个线程从队列中获取任务并执行。
通过队列来存储任务，可以确保任务按照添加的顺序执行。
3.2 消息队列消息队列用于在分布式系统中传递消息。
生产者将消息发送到消息队列，消费者从消息队列中获取消息并进行处理。
通过消息队列，可以实现不同服务之间的解耦和异步处理。
3.3 操作系统调度在操作系统中，调度算法决定了进程的执行顺序。
队列被用来存储等待执行的进程，根据调度算法的策略，从队列中选择下一个执行的进程。
循环队列是什么结构
循环队列是什么结构引言：在计算机科学领域中，队列是一种简单而常见的数据结构，它按照先进先出（FIFO）的原则管理数据。
循环队列是队列的一种特殊形式，将队列的首尾连接起来，形成一个环。
本文将详细介绍循环队列的定义、实现和应用。
一、循环队列的定义循环队列是一种通过环形缓冲区实现的线性数据结构，具有固定大小。
它包含一个数组，用于存储数据元素，以及两个指针front和rear，分别指向队列的头部和尾部。
特点：1. 队列为空时，front和rear指向同一个位置；2. 队列满时，front和rear指向相邻位置；3. 队列长度为数组的长度减1。
二、循环队列的实现1. 初始化：创建一个空数组，并将front和rear指针初始化为0。
2. 入队操作：将元素插入rear指针指向的位置，然后将rear指针右移一位。
如果rear指针超过数组边界，则将rear指针重置为0。
3. 出队操作：将front指针指向的元素返回，并将front指针右移一位。
如果front指针超过数组边界，则将front指针重置为0。
4. 队列判空：如果front和rear指向同一个位置，则队列为空。
5. 队列判满：如果rear指针的下一个位置是front指针，则队列为满。
三、循环队列的优势相比于普通队列，循环队列具有以下几个优势：1. 优化了空间利用：循环队列通过环形缓冲区的方式实现，充分利用了数据存储空间，避免了普通队列数组一旦填满就无法再存入元素的问题。
2. 提高了入队和出队的效率：循环队列通过指针的移动实现元素的插入和删除，无需移动整个队列，并且时间复杂度为O(1)，相比于普通队列的O(n)效率更高。
3. 简化了队列的操作：循环队列可以自动调整指针的位置，无需移动整个队列，更加简洁高效。
四、循环队列的应用循环队列在实际应用中具有广泛的用途，下面列举了其中几个常见的应用场景：1. 生产者消费者模型：循环队列可以用来实现线程间的数据传递，生产者线程将数据入队，消费者线程从队列中取出数据进行处理。
队列的介绍和利用环形队列实现STM32进阶之串口环形缓冲区的概述
队列的介绍和利用环形队列实现STM32进阶之串口环形缓冲区的概述队列的概念
在此之前，我们来回顾一下队列的基本概念：队列(Queue)：是一种先进先出(First In First Out ,简称FIFO)的线性表，只允许在一端插入（入队），在另一端进行删除（出队）。
队列的特点
类似售票排队窗口，先到的人看到能先买到票，然后先走，后来的人只能后买到票
队列的常见两种形式
普通队列
在计算机中，每个信息都是存储在存储单元中的，比喻一下吧，上图的一些小正方形格子就是一个个存储单元，你可以理解为常见的数组，存放我们一个个的信息。
当有大量数据的时候，我们不能存储所有的数据，那么计算机处理数据的时候，只能先处理先来的，那么处理完后呢，就会把数据释放掉，再处理下一个。
那么，已经处理的数据的内存就会被浪费掉。
因为后来的数据只能往后排队，如过要将剩余的数据都往前移动一次，那么效率就会低下了，肯定不现实，所以，环形队列就出现了。
环形队列
它的队列就是一个环，它避免了普通队列的缺点，就是有点难理解而已，其实它就是一个队列，一样有队列头，队列尾，一样是先进先出（FIFO）。
我们采用顺时针的方式来对队列进行排序。
队列头 (Head) :允许进行删除的一端称为队首。
队列尾 (Tail) :允许进行插入的一端称为队尾。
环形队列的实现：在计算机中，也是没有环形的内存的，只不过是我们将顺序的内存处理。
图解Java数据结构之环形链表
图解Java数据结构之环形链表本篇⽂章介绍数据结构中的环形链表。
介绍环形链表，类似于单链表，也是⼀种链式存储结构，环形链表由单链表演化过来。
单链表的最后⼀个结点的链域指向NULL，⽽环形链表的建⽴，不要专门的头结点，让最后⼀个结点的链域指向链表结点。
简单点说链表⾸位相连，组成环状数据结构。
如下图结构：⽽在环形链表中，最为著名的即是约瑟夫环问题。
约瑟夫环问题问题介绍：设编号为1、2、3、... 、n的n个⼈围坐⼀圈，约定编号为k(1<=k<=n)的⼈从1开始报数，数到m的那个⼈出列，它的下⼀位⼜从1开始报数，数到m的那个⼈⼜出列。
依次类推，直到所有⼈出列为⽌，由此产⽣⼀个出队编号的序列。
我们可以举个例⼦来分析⼀下：假设⼀共有5个⼈，即n = 5；从第⼀个⼈开始报数，即k = 1；数到2的⼈出列，即m = 2。
⽰意图如下：出队列的顺序即为：2 -> 4 -> 1 -> 5 -> 3那么我们⾸先得构建出⼀个单向的环形链表。
实现分析：1. 先创建第⼀个节点，让first指向该节点，并形成环状2. 每创建⼀个新的节点就将该节点加⼊到已有的环形链表中分析完毕，我们⽤代码实现⼀下：//创建⼀个环形的单向链表class CircleSingleLinkedList {// 创建⼀个first节点，当前没有编号private Boy first = null;// 添加节点，构建成⼀个环形链表System.out.println("数据错误");return;}// 定义辅助节点Boy curBoy = null;// 使⽤循环创建环形链表for (int i = 1; i <= nums; i++) {// 根据编号创建节点Boy boy = new Boy(i);// 如果是第⼀个节点if (i == 1) {first = boy;first.setNext(first);curBoy = first;// 让curBoy指向第⼀个节点，帮助构建链表} else {curBoy.setNext(boy);boy.setNext(first);// 使其指向第⼀个节点，形成环状curBoy = boy;// curBoy后移}}}// 遍历当前环形链表public void list() {// 判断链表是否空if (first == null) {System.out.println("链表为空");return;}// 定义辅助节点Boy curBoy = first;while (true) {System.out.println("节点编号:" + curBoy.getNo());if (curBoy.getNext() == first) {// 此时说明遍历完毕break;}curBoy = curBoy.getNext();// curBoy后移}}}//创建⼀个Boy类，表⽰⼀个节点class Boy {private int no;// 编号private Boy next;// 指向下⼀个节点public Boy(int no) {this.no = no;}public int getNo() {return no;}public void setNo(int no) {this.no = no;}public Boy getNext() {return next;}public void setNext(Boy next) {this.next = next;}}这样就实现了⼀个环形链表，接下来测试⼀下：public static void main(String[] args) {CircleSingleLinkedList circleSingleLinkedList = new CircleSingleLinkedList(); circleSingleLinkedList.addBoy(5);circleSingleLinkedList.list();}运⾏结果：节点编号:1运⾏结果也是没有问题的，接下来便是⽣成出圈序列。
无锁队列 原理
无锁队列原理无锁队列是指在多线程环境中，使用非阻塞算法实现的一种队列数据结构。
传统的队列实现方式是使用锁来控制并发访问，但是锁的使用对于高并发环境下的性能会有很大的影响。
无锁队列则通过使用一些高效的算法，避免了锁的使用，从而提高了并发性。
无锁队列的实现主要依赖于CPU的原子操作指令，也就是可以一条指令完成的操作。
这些指令能够保证操作的原子性，而不需要使用锁来保证并发访问的正确性。
常见的原子操作指令包括CAS、FAA、FAS等。
在无锁队列中，这些指令主要用于实现队列的插入和删除操作。
无锁队列的实现可以分为两种基本类型：链表实现和环形缓存实现。
链表实现的无锁队列链表实现的无锁队列的基本思路是，通过CAS指令，将待插入的节点插入到队尾。
每个节点包含了一个指向下一个节点的指针。
对于删除操作，通过CAS操作，将头节点的指针指向下一个节点，这样就完成了删除操作。
如果CAS操作失败，则需要重新进行访问，直到成功。
链表实现的无锁队列一般比较适合多生产者单消费者模式。
因为多个线程同时往队列中添加节点时，可能发生ABA问题。
也就是说，一个线程将节点A插入到队列尾部之后，又将节点A删除，并插入节点B。
此时，另一个线程对头节点进行CAS操作，发现头节点的值与自己之前读取的值相等，于是进行了删除操作。
但是这个节点已经被另一个线程删除，这就产生了ABA问题。
针对这个问题，一种解决方案是使用带有时间戳的CAS指令，即每个节点都拥有一个唯一的递增时间戳，通过比较时间戳来判断节点是否被修改，这样可以避免ABA问题的发生。
环形缓存实现的无锁队列的基本思路是，使用一个数组来作为队列的存储空间。
数组具有固定的大小，并且环形地连接起来。
用两个指针(front和rear)来分别表示队列头部和尾部的位置。
对于插入操作，需要将数据存储到队列尾部，并且移动rear指针；对于删除操作，需要将数据从队列头部读取，并且移动front指针。
由于在无锁队列中，多个线程可能会同时修改rear指针和front指针，因此需要使用原子操作指令来保证并发操作的正确性。
队列研究的基本原理
队列研究的基本原理队列是一种非常重要的数据结构，其基本原理是“先进先出”，即先加入队列的元素先被取出。
队列在计算机科学中被广泛应用，例如操作系统中的进程调度、网络数据包传输等等。
本文将介绍队列的基本原理、应用场景以及常见的队列实现方式。
一、队列的基本原理队列是一种线性数据结构，可以看成是特殊的线性表。
队列的基本操作包括入队和出队。
入队是在队列的尾部添加一个元素，出队是从队列的头部删除一个元素。
由于队列是先进先出的，因此每次出队操作总是删除队列中最早被加入的元素。
队列的头部和尾部分别称为队头和队尾，队头是队列中最早加入的元素，队尾是队列中最后加入的元素。
队列的实现有多种方式，最常见的是使用数组或链表来实现。
使用数组实现队列时，需要定义一个数组来存储队列中的元素，同时使用两个指针front和rear分别指向队列的头部和尾部。
入队操作时，将元素添加到rear指向的位置，同时将rear指针向后移动一位；出队操作时，将front指针向后移动一位，同时删除队头元素。
当front等于rear时，队列为空。
使用链表实现队列时，每个节点包含一个元素和一个指向下一个节点的指针。
使用两个指针front和rear分别指向队列的头部和尾部节点。
入队操作时，新建一个节点并将其添加到rear指向的节点后面，同时将rear指针指向新节点；出队操作时，删除front指向的节点，同时将front指针指向下一个节点。
当front等于rear时，队列为空。
二、队列的应用场景队列在计算机科学中有广泛的应用场景，下面列举几个常见的例子。
1. 操作系统中的进程调度在操作系统中，进程是指正在运行的程序的实例。
操作系统需要管理多个进程的运行，因此需要进行进程调度。
操作系统使用队列来管理进程，将所有等待运行的进程加入到一个队列中，依次从队列中取出进程进行运行。
当一个进程运行结束或等待某些资源时，将其重新加入到队列中等待运行。
2. 网络数据包传输在网络中，数据包是网络传输的基本单位。
环行队列的知识点总结
环行队列的知识点总结一、环形队列的定义环形队列是一种特殊的队列，它采用循环数组的方式来实现。
环形队列和普通队列相比，能够更好地利用内存空间，减少内存的浪费。
二、环形队列的特点1. 采用循环数组存储数据，解决了普通队列在入队出队操作中浪费内存空间的问题；2. 使用两个指针来标识队头和队尾，实现循环队列的功能；3. 环形队列的长度固定，当队列满时，无法插入新的元素；4. 环形队列的插入和删除操作都具有较高的效率。
三、环形队列的基本操作1. 初始化：创建一个具有固定大小的环形队列，并初始化队头和队尾指针。
2. 入队操作：向队尾指针所指向的位置插入一个新的元素，并更新队尾指针。
3. 出队操作：删除队头指针所指向的元素，并更新队头指针。
4. 判空操作：当队列为空时，队头指针和队尾指针相等。
5. 判满操作：当队列满时，队尾指针的下一个位置等于队头指针。
四、环形队列的实现1. 环形队列可以采用数组来实现，同时需要两个指针来标识队头和队尾。
2. 入队操作：判断队列是否满，若满则无法插入新元素；若不满，则将新元素加入到队尾，并更新队尾指针。
3. 出队操作：判断队列是否空，若空则无法删除元素；若非空，则删除队头元素，并更新队头指针。
4. 注意循环数组的处理，当队尾指针到达数组的末尾时，需要将其指向数组的起始位置。
五、环形队列的应用1. 缓冲区：环形队列可以用于实现缓冲区，存储需要处理的数据。
2. 消息队列：在系统中，环形队列可以用作消息队列，实现进程间的通信。
3. 循环播放：在媒体播放器中，可以使用环形队列来实现音乐或视频的循环播放功能。
4. CPU调度：操作系统中可以使用环形队列来实现CPU的任务调度。
六、环形队列的优缺点1. 优点：能够更好地利用内存空间，减少内存的浪费；具有较高的效率和性能；2. 缺点：长度固定，无法动态扩展；插入和删除操作需要维护两个指针，实现稍复杂。
七、环形队列的应用场景1. 需要高效的队列数据结构；2. 内存空间有限，需要更好地利用内存；3. 需要循环存储数据的场合。
jctools 队列原理
jctools 队列原理JCTools队列原理简介JCTools是一个开源的Java并发编程工具包，它提供了一系列高效的数据结构和算法，用于解决多线程环境下的并发问题。
其中，JCTools队列是其核心组件之一，在并发编程中具有重要的作用。
什么是JCTools队列JCTools队列是一种基于无锁算法的并发队列实现，它通过避免使用锁来提高并发性能。
相比于传统的阻塞队列，JCTools队列在高并发场景下具有更好的性能和可伸缩性。
队列的基本原理1.无锁算法：JCTools队列采用无锁算法实现，避免了使用锁的开销和竞争。
无锁算法通过使用原子操作和CAS（Compare andSwap）指令来保证多线程之间的数据一致性。
2.环形缓冲区：JCTools队列内部使用一个环形缓冲区作为底层数据结构。
该缓冲区由固定大小的数组构成，通过循环计数器来实现环形的特性。
3.多生产者-多消费者模型：JCTools队列支持多个生产者和多个消费者并发操作。
它通过一些高效的并发逻辑，确保生产者和消费者之间的数据操作是安全的，不会出现数据丢失或覆盖的问题。
JCTools队列的特性•高并发性能：JCTools队列通过使用无锁算法和环形缓冲区，可以支持大量线程的高并发操作，提供出色的性能表现。
•可伸缩性：JCTools队列在多生产者-多消费者模型下，能够很好地适应不同线程数的并发需求，具有良好的可伸缩性。
•内存友好：JCTools队列在设计时考虑了内存分配和回收的效率，并且避免了不必要的内存开销，提供了更好的内存友好性。
•灵活性：JCTools队列提供不同类型的队列实现，例如单生产者-单消费者队列、多生产者-单消费者队列和多生产者-多消费者队列等，以满足不同场景下的需求。
使用JCTools队列的注意事项1.适当选择队列类型：根据实际情况选择适合的队列类型，避免过度设计或低效率的使用。
2.合理设置队列容量：根据业务需求设置合理的队列容量，避免队列溢出或造成过多的内存开销。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
if(ringq_poll(p_queue, &data) >= 0)
PRINT_INT(data);
ringq_free(p_queue);
}
/*测试第一种环形队列,更加复杂的情况*/
void test6()
{
RINGQ rq, * p_queue;
int i, data;
出队操作：如果队列不空，则从head处读出。
下一个可读的位置在q->head = (q->head + 1) % q->size
头文件
ringq.h
#ifndef __RINGQ_H__
#define __RINGQ_H__
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
#define RINGQ_MAX 20
ringq_push(p_queue, 5);
if(ringq_poll(p_queue, &data) >= 0)
PRINT_INT(data);
if(ringq_poll(p_queue, &data) >= 0)
PRINT_INT(data);
ringq_push(p_queue, 6);
if(ringq_poll(p_queue, &data) >= 0)
{
print_ringq(p_queue);
if(ringq_is_empty(p_queue))
{
printf("ringq is empty\n");
return -1;
}
*p_data = p_queue->space[p_queue->head];
p_queue->head = (p_queue->head + 1) % p_queue->size ;
#include "ringq.h"
int ringq_init(RINGQ * p_ringq)
{
p_ringq->size = RINGQ_MAX;
p_ringq->head = 0;
p_ringq->tail = 0;
下一个可读的位置在q->head = (q->head + 1) % q->size
完整代码
头文件ringq.h
#ifndef __RINGQ_H__
#define __RINGQ_H__
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
#define QUEUE_MAX 20
extern int ringq_poll(RINGQ * p_ringq,int * p_data);
#define ringq_is_empty(q) (q->head == q->tail)
#define ringq_is_full(q) (((q->tail+1)%q->size) == q->head )
{
return 0;
}
int ringq_push(RINGQ *p_queue, int data)
{
print_ringq(p_queue);
if(ringq_is_full(p_queue))
{
printf("ringq is full\n");
return -1;
}
p_queue->space[p_queue->tail] = data;
typedef struct ringq{
int head; /*头部，出队列方向*/
int tail; /*尾部，入队列方向*/
int size ; /*队列总尺寸*/
int space[RINGQ_MAX]; /*队列空间*/
}RINGQ;
/*
取消tag .限制读与写之间至少要留一个空间
队列空head == tail .
当head == tail时，tag = 0为空，等于= 1为满。
*/
extern int ringq_init(RINGQ *p_queue);
extern int ringq_free(RINGQ *p_queue);
/*加入数据到队列*/
extern int ringq_push(RINGQ *p_queue, int data);
PRINT_INT(data);
if(ringq_poll(p_queue, &data) >= 0)
PRINT_INT(data);
ringq_free(p_queue);
}
三.预留空间环境队列
-------------------------------------------------------------------
/*这个时候一定队列空了*/
if(p_queue->tail == p_queue->head)
{
p_queue->tag = 0;
}
return p_queue->tag ;
}
测试代码
/*测试第一种环形队列*/
void test5()
{
RINGQ rq, * p_queue;
int i, data;
队列为空:(q->head == q->tail) && (q->tag == 0)
队列为满: ((q->head == q->tail) && (q->tag == 1))
入队操作:如队列不满，则写入
q->tail = (q->tail + 1) % q->size ;
出队操作：如果队列不空，则从head处读出。
typedef struct ringq
{
int head; /*头部，出队列方向*/
int tail; /*尾部，入队列方向*/
int tag ;
int sizபைடு நூலகம் ; /*队列总尺寸*/
int space[RINGQ_MAX]; /*队列空间*/
}RINGQ;
初始化状态: q->head = q->tail = q->tag = 0;
环形队列实现原理/链式实现
环形队列是在实际编程极为有用的数据结构,它有如下特点。
它是一个首尾相连的FIFO的数据结构，采用数组的线性空间,数据组织简单。能很快知道队列是否满为空。能以很快速度的来存取数据。
因为有简单高效的原因，甚至在硬件都实现了环形队列.
环形队列广泛用于网络数据收发，和不同程序间数据交换（比如内核与应用程序大量交换数据,从硬件接收大量数据）均使用了环形队列.
PRINT_INT(data);
if(ringq_poll(p_queue, &data) >= 0)
PRINT_INT(data);
if(ringq_poll(p_queue, &data) >= 0)
PRINT_INT(data);
if(ringq_poll(p_queue, &data) >= 0)
#include "ringq.h"
int ringq_init(RINGQ *p_queue)
{
p_queue->size = QUEUE_MAX ;
p_queue->head = 0;
p_queue->tail = 0;
p_queue->tag = 0;
return 0;
}
int ringq_free(RINGQ *p_queue)
/*从队列取数据*/
extern int ringq_poll(RINGQ *p_queue, int *p_data);
#define ringq_is_empty(q) ( (q->head == q->tail) && (q->tag == 0))
#define ringq_is_full(q) ( (q->head == q->tail) && (q->tag == 1))
队列满是(tail+1)%MAX == head
初始化是head = tail = 0;
*/
extern int ringq_init(RINGQ * p_ringq);
extern int ringq_free(RINGQ * p_ringq);
extern int ringq_push(RINGQ * p_ringq,int data);
为了方便读写，还要用数组下标来指明队列的读写位置。head/tail.其中head指向可以读的位置，tail指向可以写的位置。
环形队列的关键是判断队列为空，还是为满。当tail追上head时，队列为满时，当head追上tail时，队列为空。但如何知道谁追上谁。还需要一些辅助的手段来判断.
如何判断环形队列为空，为满有两种判断方法。
1.是附加一个标志位tag
当head赶上tail，队列空，则令tag=0,
当tail赶上head，队列满，则令tag=1,
2.限制tail赶上head，即队尾结点与队首结点之间至少留有一个元素的空间。
队列空：head==tail
队列满：(tail+1)% MAXN ==head
二.附加标志实现算法