队列的基本理解
在说队列之前说两个名词:Task
是任务,TaskExecutor
是任务执行器
而我们今天要说的队列就完全符合某机构这个情况,队列在有Task
进来的时候TaskExecutor
就立刻开始执行Task
,当没有Task
的时候TaskExecutor
就处于一个阻塞状态,当有很多Task的时候Task也需要排队,TaskExecutor
也可以是多个,并且可以指定某几个Task
优先执行或者滞后执行。
综上所说我们得出一个这样的关系:队列相当于某机构,TaskExecutor相当于窗口,办事者
就是Task
。
普通队列
当然很多机构也没有设置什么军人优先的窗口,所以队列也有不带优先级的队列,因此我们先来实现一个非优先级的队列。
和上述某机构不一样,某机构可以先有机构,再有窗口,再有办事者。但是我们写代码的时候,要想写一个队列,那么务必要在队列中写TaskExecutor
,那么就得先写好TaskExecutor
类,以此类推就得先有Task
类。
因此我们先写一个Task
的接口,也就是办事的人,我把它设计为接口,方便办各种不同事的人进来:
// 办事的人。public interface ITask { // 办事,我们把办事的方法给办事的人,也就是你要办什么事,由你自己决定。 void run();}
接下来再写一个TaskExecutor
的类,也就是窗口,用来执行Task
,认真看注释,非常有助于理解:
// 窗口public class TaskExecutor extends Thread { // 在窗口拍的队,这个队里面是办事的人。 private BlockingQueuetaskQueue; // 这个办事窗口是否在等待着办事。 private boolean isRunning = true; public TaskExecutor(BlockingQueue taskQueue) { this.taskQueue = taskQueue; } // 下班。 public void quit() { isRunning = false; interrupt(); } @Override public void run() { while (isRunning) { // 如果是上班状态就待着。 ITask iTask; try { iTask = taskQueue.take(); // 叫下一个办事的人进来,没有人就等着。 } catch (InterruptedException e) { if (!isRunning) { // 发生意外了,是下班状态的话就把窗口关闭。 interrupt(); break; // 如果执行到break,后面的代码就无效了。 } // 发生意外了,不是下班状态,那么窗口继续等待。 continue; } // 为这个办事的人办事。 iTask.run(); } }}
这里要稍微解释下BlockingQueue<T>#take()
方法,这个方法当队列里面的item
为空的时候,它会一直处于阻塞状态,当队列中进入item
的时候它会立刻有一个返回值,它就和ServerSocket.accept()
方法一样,所以我们把它放入一个Thread
中,以免阻塞调用它的线程(Android中可能是主线程)。
办事的人和窗口都有了,下面我们封装一个队列,也就是某机构,用来管理这些窗口:
// 某机构。public class TaskQueue { // 某机构排的队,队里面是办事的人。 private BlockingQueuemTaskQueue; // 好多窗口。 private TaskExecutor[] mTaskExecutors; // 在开发者new队列的时候,要指定窗口数量。 public TaskQueue(int size) { mTaskQueue = new LinkedBlockingQueue<>(); mTaskExecutors = new TaskExecutor[size]; } // 开始上班。 public void start() { stop(); // 把各个窗口都打开,让窗口开始上班。 for (int i = 0; i < mTaskExecutors.length; i++) { mTaskExecutors[i] = new TaskExecutor(mTaskQueue); mTaskExecutors[i].start(); } } // 统一各个窗口下班。 public void stop() { if (mTaskExecutors != null) for (TaskExecutor taskExecutor : mTaskExecutors) { if (taskExecutor != null) taskExecutor.quit(); } } // 开一个门,让办事的人能进来。 public int add(T task) { if (!mTaskQueue.contains(task)) { mTaskQueue.add(task); } // 返回排的队的人数,公开透明,让外面的人看的有多少人在等着办事。 return mTaskQueue.size(); }}
某机构、窗口、办事的人都有了,下面我们就派一个人去一件具体的事,但是上面我的Task
是一个接口,所以我们需要用一个类来实现这个接口,来做某一件事:
// 做一件打印自己的id的事。public class PrintTask implements ITask { private int id; public PrintTask(int id) { this.id = id; } @Override public void run() { // 为了尽量模拟窗口办事的速度,我们这里停顿两秒。 try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException ignored) { } System.out.println("我的id是:" + id); }}
下面就让我们模拟的虚拟世界运行一次:
public class Main { public static void main(String... args) { // 这里暂时只开一个窗口。 TaskQueue taskQueue = new TaskQueue(1); taskQueue.start(); for (int i = 0; i < 10; i++) { PrintTask task = new PrintTask(i); taskQueue.add(task); } }}
没错,队列按照我们理想的状况打印出来了:
我的id是:0我的id是:1我的id是:2我的id是:3我的id是:4我的id是:5我的id是:6我的id是:7我的id是:8我的id是:9
上面我门只开了一个窗口,下面我多开几个窗口:
public class Main { public static void main(String... args) { // 开三个窗口。 TaskQueue taskQueue = new TaskQueue(3); taskQueue.start(); // 某机构开始工作。 for (int i = 0; i < 10; i++) { // new 10 个需要办事的人,并且进入某机构办事。 PrintTask task = new PrintTask(i); taskQueue.add(task); } }}
这里要说明一下,在初始化的时候我们开了3个窗口,内部的顺序应该是这样的:
当某机构的大门开了以后,第一个办事的人进去到了第一个窗口,第二个办事的人进去到了第二个窗口,第三个办事的人进去到了第三个窗口,第四个办事的人进去排队在第一位,当第一、第二、第三个窗口中不论哪一个窗口的事办完了,第四个人就去哪一个窗口继续办事,第五个人等待,一次类推。这样子就达到了队列同事并发三个任务的效果。
这就是一个普通的队列,其它的一些特性也是基于此再次封装的,那么下面我就基于此再把人物的优先级加上,也就是我们上面说的特殊窗口->军人优先!
优先级队列
我们排队等待办事的时候,来了一个办事的人,那么如何判断这个办事人是否可以优先办理呢?那就要判断它是否具有优先的权限甚至他可以优先到什么程度。
所以我们需要让这个Task
有一标志,那就是优先级,所以我用一个枚举类标记优先级:
public enum Priority { LOW, // 最低。 DEFAULT, // 默认级别。 HIGH, // 高于默认级别。 Immediately // 立刻执行。}
这里我把分了四个等级:最低
、默认
、高
、立刻
,这个等级肯定要给到我们的办事的人,也就是Task
public interface ITask { void run(); void setPriority(Priority priority); Priority getPriority();}
可以设置优先级和可以拿到优先级。
下面我们要把上面的LinkedBlockingQueue
替换成PriorityBlockingQueue<E>
,因为它可以自动做到优先级的比较,它要求泛型<E>
,也就是我们的Task
必须实现Comparable<E>
接口,而Comparable<E>
有一个compareTo(E)
方法可以对两个<T>
做比较,因此我们的队列需要改一下实现的方法:
// 某机构。public class TaskQueue { // 某机构排的队,队里面是办事的人。 private BlockingQueuemTaskQueue; // 好多窗口。 private TaskExecutor[] mTaskExecutors; // 在开发者new队列的时候,要指定窗口数量。 public TaskQueue(int size) { mTaskQueue = new PriorityBlockingQueue<>(); mTaskExecutors = new TaskExecutor[size]; } ...
然后ITask
接口继承Comparable<E>
接口:
public interface ITask extends Comparable{ void run(); void setPriority(Priority priority); Priority getPriority();}
因为有setPriority(Priority)
方法和getPriority()
方法和Comparable<E>
的compareTo(E)
方法,所以我们的每一个Task
都需要实现这几个方法,这样就会很麻烦,所以我们封装一个BasicTask
:
public abstract class BasicTask implements ITask { // 默认优先级。 private Priority priority = Priority.DEFAULT; @Override public void setPriority(Priority priority) { this.priority = priority; } @Override public Priority getPriority() { return priority; } // 做优先级比较。 @Override public int compareTo(ITask another) { final Priority me = this.getPriority(); final Priority it = another.getPriority(); return me == it ? [...] : it.ordinal() - me.ordinal(); }}
其它都好说,我们看到compareTo(E)
方法就不太理解了,这里说一下这个方法:
compareTo(E)
中传进来的E是另一个Task
,如果当前Task
比另一个Task
更靠前就返回负数,如果比另一个Task
靠后,那就返回正数,如果优先级相等,那就返回0。
这里要特别注意,我们看到上面当两个Task
优先级不一样的时候调用了Priority.orinal()
方法,并有后面的orinal
减去了当前的orinal
,怎么理解呢?首先要理解Priority.orinal()
方法,在Java中每一个枚举值都有这个方法,这个枚举的值是它的下标+1,也就是[index + 1]
,所以我们写的Priority
类其实可以这样理解:
public enum Priority { 1, 2, 3, 4}
继续,如果给当前Task
比较低,给compareTo(E)
中的Task
设置的优先级别比较高,那么Priority
不一样,那么返回的值就是整数,因此当前Task
就会被PriorityBlockingQueue<E>
排到后面,如果调换那么返回结果也就调换了。
但是我们注意到me == it ? [...] : it.ordinal() - me.ordinal();
中的[...]
是什么鬼啊?因为这里缺一段代码呀哈哈哈(这个作者怎么傻乎乎的),这一段代码的意思是当优先级别一样的时候怎么办,那就是谁先加入队列谁排到前面呗,那么怎样返回值呢,我们怎么知道哪个Task
先加入队列呢?这个时候可爱的我就出现了,我给它给一个序列标记它什么时候加入队列的不久完事了,于是我们可以修改下ITask
接口,增加两个方法:
public interface ITask extends Comparable{ void run(); void setPriority(Priority priority); Priority getPriority(); void setSequence(int sequence); int getSequence();}
我们用setSequence(int)
标记它加入队列的顺序,然后因为setSequence(int)
和getSequence()
是所有Task
都需要实现的,所以我们在BasicTask
中实现这两个方法:
public abstract class BasicTask implements ITask { // 默认优先级。 private Priority priority = Priority.DEFAULT; private int sequence; @Override public void setPriority(Priority priority) { this.priority = priority; } @Override public Priority getPriority() { return priority; } @Override public void setSequence(int sequence) { this.sequence = sequence; } @Override public int getSequence() { return sequence; } // 做优先级比较。 @Override public int compareTo(ITask another) { final Priority me = this.getPriority(); final Priority it = another.getPriority(); return me == it ? this.getSequence() - another.getSequence() : it.ordinal() - me.ordinal(); }}
看到了吧,刚才的[...]
已经变成了this.getSequence() - another.getSequence()
,这里需要和上面的it.ordinal() - me.ordinal();
的逻辑对应,上面说到如果给当前Task
比较低,给compareTo(E)
中的Task
设置的优先级别比较高,那么Priority
不一样,那么返回的值就是整数,因此当前Task
就会被PriorityBlockingQueue<E>
排到后面,如果调换那么返回结果也就调换了。
这里的逻辑和上面对应就是和上面的逻辑相反,因为这里是当两个优先级一样时的返回,上面是两个优先级不一样时的返回,所以当优先级别一样时,返回负数表示当前Task
在前,返回正数表示当前Task
在后,正好上面上的逻辑对应。
接下来就是给Task
设置序列了,于是我们在TaskQueue
中的T void add(T)
方法做个手脚:
public class TaskQueue { private AtomicInteger mAtomicInteger = new AtomicInteger(); ... public TaskQueue(int size) { ... } public void start() { ... } public void stop() { ... } publicint add(T task) { if (!mTaskQueue.contains(task)) { task.setSequence(mAtomicInteger.incrementAndGet()); // 注意这行。 mTaskQueue.add(task); } return mTaskQueue.size(); }}
这里我们使用了AtomicInteger
类,它的incrementAndGet()
方法会每次递增1,其实它相当于:
mAtomicInteger.addAndGet(1);
其它具体用法请自行搜索,这里不再赘述。
到此为止,我们的优先级别的队列就实现完毕了,我们来做下测试:
public static void main(String... args) { // 开一个窗口,这样会让优先级更加明显。 TaskQueue taskQueue = new TaskQueue(1); taskQueue.start(); // // 某机构开始工作。 // 为了显示出优先级效果,我们预添加3个在前面堵着,让后面的优先级效果更明显。 taskQueue.add(new PrintTask(110)); taskQueue.add(new PrintTask(112)); taskQueue.add(new PrintTask(122)); for (int i = 0; i < 10; i++) { // 从第0个人开始。 PrintTask task = new PrintTask(i); if (1 == i) { task.setPriority(Priority.LOW); // 让第2个进入的人最后办事。 } else if (8 == i) { task.setPriority(Priority.HIGH); // 让第9个进入的人第二个办事。 } else if (9 == i) { task.setPriority(Priority.Immediately); // 让第10个进入的人第一个办事。 } // ... 其它进入的人,按照进入顺序办事。 taskQueue.add(task);}
没错这就是我们看到的效果:
我的id是:9我的id是:8我的id是:110我的id是:112我的id是:122我的id是:0我的id是:2我的id是:3我的id是:4我的id是:5我的id是:6我的id是:7我的id是:1