CN118245241A - 队列处理方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种队列处理方法、装置、设备及存储介质，所述方法包括：在第一环形队列的存储状态满足扩容需求时，构建第二环形队列，其中，第二环形队列的队列长度大于第一环形队列的队列长度，在第二环形队列开始进行数据元素入队，此时，数据元素出队仍然从第一环队列出队，直至第一环形队列中没有数据元素，将第一环形队列释放；在第一环形队列的存储状态满足缩容需求时，构建第三环形队列，其中，第三环形队列的队列长度小于第一环形队列的队列长度；在第三环形队列开始进行数据元素入队，并将第一环形队列释放。本公开在满足扩容需求时进行扩容，在满足缩容需求时进行缩容，重新构建的环形队列内存连续，保证无锁队列的内存是连续的。

Description

队列处理方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本公开涉及计算机技术领域，尤其涉及一种队列处理方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

使用无锁队列进行数据元素的写入和读取，可以使得在多线程的情况下，入队和出队时线程是安全的，不需要再进行加锁控制。使用环形数组实现的无锁队列内存地址连续，时间复杂度为O(1)，是一种高效得数据结构，在内存管理，CPU调度，数据传输等方面应用广泛。

在很多场景下，由于数据量不稳定，需要对无锁队列进行适当的扩容和缩小，但是用环形数组实现的无锁队列的存储空间大小固定，导致环形数组实际能存储的数据元素个数有限，且不能扩大环形队列的存储空间。如果预先不能准确地估算出环形队列实际应用场景的并发度，在使用基于环形数组实现无锁队列时，配置的队列长度太短，且在无锁队列中存储数据的放入速度大于存储数据的取出速度，会使得通过队列的存储数据的程序出现存储数据入队失败，影响程序的正常响应。配置的队列长度太长，又会导致资源的浪费。

发明内容

本公开提供了一种队列处理方法、装置、设备及存储介质，在满足扩容需求时，进行扩容，避免多线程下由于申请新的数组造成入队阻塞的问题，在满足缩容需求时，进行缩容，避免资源浪费的问题。

第一方面，本公开实施例提供一种队列处理方法，包括：

获取第一环形队列的存储状态；

在所述第一环形队列的存储状态满足扩容需求时，构建第二环形队列，其中，所述第二环形队列的队列长度大于所述第一环形队列的队列长度；

将接收的数据元素存储至所述第二环形队列；

在所述第一环形队列的存储状态满足缩容需求时，构建第三环形队列，其中，所述第三环形队列的队列长度小于所述第一环形队列的队列长度；

将接收的数据元素存储至所述第三环形队列。

第二方面，本公开实施例提供一种队列处理装置，包括：

存储状态获取模块，用于获取第一环形队列的存储状态；

扩容模块，用于在所述第一环形队列的存储状态满足扩容需求时，构建第二环形队列，其中，所述第二环形队列的队列长度大于所述第一环形队列的队列长度；

第一元素存储模块，用于将接收的数据元素存储至所述第二环形队列；

缩容模块，用于在所述第一环形队列的存储状态满足缩容需求时，构建第三环形队列，其中，所述第三环形队列的队列长度小于所述第一环形队列的队列长度；

第二元素存储模块，用于将接收的数据元素存储至所述第二环形队列或者第三环形队列。

第三方面，本公开实施例提供一种电子设备，包括：

存储器；

处理器；以及

计算机程序；

其中，所述计算机程序存储在所述存储器中，并被配置为由所述处理器执行以实现如第一方面所述的队列处理方法。

第五方面，本公开实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现如第一方面所述的队列处理方法。

本公开实施例提供的队列处理方法、装置、设备及存储介质，所述方法包括：获取第一环形队列的存储状态；在所述第一环形队列的存储状态满足扩容需求时，构建第二环形队列，其中，所述第二环形队列的队列长度大于所述第一环形队列的队列长度；将接收的数据元素存储至所述第二环形队列；在所述第一环形队列的存储状态满足缩容需求时，构建第三环形队列，其中，所述第三环形队列的队列长度小于所述第一环形队列的队列长度；将接收的数据元素存储至所述第三环形队列。本公开实施例提供的技术方案在满足扩容需求时，进行扩容。在满足缩容需求时，进行缩容，避免多线程下由于申请新的数组造成入队阻塞的问题，且需要扩容时，不需要增加拷贝过程。重新构建的环形队列内存连续，进而保证无锁队列的内存是连续的。支持多次扩容和缩小，能满足多种需求场景，可以确保环形队列的队列长度合适，不会因为队列长度太短影响取出速度，也不会因队列长度太长浪费资源。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例中的一种队列处理方法的流程示意图；

图2为本公开实施例中的一种环形队列的工作原理图；

图3为本公开实施例中的一种环形队列的扩容原理示意图；

图4为本公开实施例中的一种环形队列的缩容原理示意图；

图5为本公开实施例提供的一种队列处理装置的结构示意图；

图6为本公开实施例提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

应当理解，本公开的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本公开的范围在此方面不受限制。

本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。

需要注意，本公开中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。

需要注意，本公开中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

本公开实施方式中的多个装置之间所交换的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。

并发程序是指由若干个可同时执行的程序模块组成的程序，这种可同时执行的程序模块被称为线程。组成一个程序的多个线程可以同时在多台处理器上并发执行，也可在一台处理器上交互执行。多个线程可以通过读写共享数据区或者发消息的方式互相通信，从而相互配合完成任务。多线程的执行方式可以大大缩短程序执行的时间，提高计算机的运行效率。

然而，多线程程序中最突出的问题就是数据同步问题。多线程在访问内存变量是需要进行同步以保证逻辑的正确性。在多线程中竞争同一资源是对资源访问顺序性敏感称为竞态条件，导致竞态条件发生的代码区域称为临界区。常见的处理方法为在临界区加互斥锁、信号量等。互斥锁基本由两个原语操作组成：加锁和解锁。任何时候只有一个线程成功加锁并执行之后的程序直至该线程解锁。其余线程会不断尝试访问直至该线程被解锁。

在此期间，其余线程都会被操作系统挂起并等待唤醒。然而，多线程的初衷是为了让任务更快的并行执行，锁机制虽然可以解决多线程场景下的数据同步问题，但却会使并行转为串行，降低的任务的执行效率。在意识到锁同步机制带来的问题后，近年来业界开始对无锁数据结构进行研究。

原子操作(atomic operation)是指在该指令操作完毕之前不会被任何其它指令或时间终端打断的操作。为了保证多处理器环境中的原子性，CPU提供一系列新的指令原语，包括：原子读取(Load)、原子存储(Store)、和原子比较交换(CAS)。这些基本的原子操作时最终实现无锁数据结构的基础。

现如今，实现无锁队列的方式大致可以分为链表实现方式和数组实现方式。其中，链表实现方式为将需要放入队列的数据对象采用链表节点元素进行封装，对队首和对尾进行原子比较交换(CAS)，实现消息队列更新。

无锁队列的数组实现一般采用循环数组。利用循环数组作为队列的存储空间，通过CAS操作确定位置，通过一套屏障算法，避免循环实用队列存储空间时造成同一存储位置的空间堆叠。使用无锁队列进行数据元素的写入和读取，可以使得在多线程的情况下，入队和出队时线程安全的，不需要再进行加锁控制。使用环形数组实现的无锁队列内存地址连续，时间复杂度为O(1)，是一种高效得数据结构，在内存管理，CPU调度，数据传输等方面应用广泛。

在很多场景下，由于数据量不稳定，需要对无锁队列进行适当的扩容和缩容，但是用环形数组实现的无锁队列的存储空间大小固定，实现起来相对复杂。由于无锁队列在初始化时，需要申请一个固定长度的数组，导致环形数组实际能存储的数据元素个数有限，且不能扩大环形队列的存储空间。如果预先不能准确地估算出环形队列实际应用场景的并发度，在使用基于环形数组实现无锁队列时，配置的队列长度太短，且在无锁队列中存储数据的放入速度大于存储数据的取出速度，会使得通过队列的存储数据的程序出现存储数据入队失败，影响程序的正常响应。配置的队列长度太长，又会导致资源的浪费。

目前常用的扩缩容方案主要包括如下两种：

第一种扩缩容方案是：在当前环形数组队满时，重新申请一个长度更大的环形数组，将原环形数组的数据元素直接拷贝到新的环形数组里，实现扩容。在环形队列中的数据元素变少时，重新申请一个长度更小的环形数组，将原环形数组的数据直接拷贝到新的环形数组里。这种方法虽然实现简单，但是需要对数据进行频繁的拷贝，降低了设备性能。并且在多线程入队的情况下会造成阻塞。

第二种扩缩容方案是：在当前环形数组队满时，申请一个新的数组插入到当前环形数组中，实现扩容。在环形队列中的数据元素变少时，释放插入的数组。这种方法有很多弊端，如果多次扩容实现复杂。并且在释放的时候，必须要后插入的数组数据为空，实现复杂。并且多次申请多个数组，互相内存也不连续。

为解决上述技术问题，本公开实施例提供了一种环形队列处理方法，包括：获取第一环形队列的存储状态；在所述第一环形队列的存储状态满足扩容需求时，构建第二环形队列，其中，所述第二环形队列的队列长度大于所述第一环形队列的队列长度；将接收的数据元素存储至所述第二环形队列；在所述第一环形队列的存储状态满足缩容需求时，构建第三环形队列，其中，所述第三环形队列的队列长度小于所述第一环形队列的队列长度；将接收的数据元素存储至所述第三环形队列。

本公开实施例提供的技术方案，在满足扩容需求时，进行扩容。在满足缩容需求时，进行缩容，避免多线程下由于申请新的数组造成入队阻塞的问题，且需要扩容时，不需要增加拷贝过程。重新构建的环形队列内存连续，进而保证无锁队列的内存是连续的。支持多次扩容和缩小，能满足多种需求场景。

下面结合实施例和附图对本公开实施例提供的队列处理方法进行详细介绍。

图1为本公开实施例中的一种队列处理方法的流程示意图，本实施例可适用于环形数组构成的无锁队列进行扩容或者缩容的情况，该方法可以由队列处理装置执行，该队列处理装置可以采用软件和/或硬件的方式实现，该队列处理装置可配置于电子设备中。

例如：所述电子设备可以是移动终端、固定终端或便携式终端，例如移动手机、站点、单元、设备、多媒体计算机、多媒体平板、互联网节点、通信器、台式计算机、膝上型计算机、笔记本计算机、上网本计算机、平板计算机、个人通信系统(PCS)设备、个人导航设备、个人数字助理(PDA)、音频/视频播放器、数码相机/摄像机、定位设备、电视接收器、无线电广播接收器、电子书设备、游戏设备或者其任意组合，包括这些设备的配件和外设或者其任意组合。

再如：所述电子设备可以是服务器，其中，所述服务器可以是实体服务器，也可以是云服务器，服务器可以是一个服务器，或者服务器集群。

如图1所示，本公开实施例提供的队列处理方法主要包括步骤S101-S105。

S101、获取第一环形队列的存储状态。

其中，队列是一种在一端进行插入操作，在另一端进行取出操作的线性表。队列的读写遵循先进先出的原则，先放入队列的数据元素将先被取出。通常将允许插入数据元素的一端称作队尾，将允许取出数据元素的一端称作队首。并且，将插入数据元素的程序称作生产者线程，将取出数据元素的程序称为消费者线程。

队列采用顺序存储结构，使用以数组作为队列的顺序存储空间，利用两个整型变量分别存储队首元素和队尾元素的下标，在此，我们将存储队首元素下标的整型变量称为队首指针，将存储队尾元素下标的整型变量称为队尾指针。

由于队列的操作是在两端进行的，随着生产者线程和消费者线程不断对队列进行元素的出队、入队操作，队首以及队尾两端都在向后移动，队列将快速移动到数组末端，导致数组前面的空闲单元无法再利用，新元素没有入队空间，这种现象称为“假溢出”。解决假溢出的常见方法之一是将顺序队列的存储空间设想为一个环状空间，当发生假溢出时，新加入的元素会被插入到第一个位置上，使得空间可以循环利用，这就是环形队列。需要说明的是，环形队列在逻辑上是环形的，但在物理上是一个定长的数组。为了方便说明，本公开实施例所有附图中的环形队列以环形进行表示。

环形队列是一个最为简单的数据结构，底层用数组组成，然后逻辑上数组首尾相连。如图2所示，是一个简单的环形队列，随着生产者线程和消费者线程不断对队列进行元素的入队、出队操作，队首指针和队尾指针顺时针循环。如图2所示，head表示队首指针，并且控制数据元素出队；tail表示队尾指针，并且控制数据元素入队。例如：初始化队列的时候，队列的存储空间为8，队首指针head＝0，队尾指针tail＝0；把10入队，入队的时候head不动，将tail后移，即tail＝(tail+1)％maxsize；当tail等于head时，表示队列满了，会导致数据元素入队失败。出队的时候tail不动，head后移，即head＝(head+1)％maxsize；当tail＝＝head时表示队空，会导致数据元素出队失败。这样，环形队列就可以将队列无限次使用。

在本公开实施例中，所述第一环形队列是指当前正在使用的，可以进行出队、入队操作的环形队列，进一步的，所述第一环形队列可以是无锁队列初始化操作的时候申请的原始环形队列，也可以是扩容之后的第二环形列队，还可以是缩容之后的第三环形队列，本公开实施例不具体第一环形队列。

在本公开的一个实施方式中，所述第一环形队列的存储状态可以理解为第一环形队列中已经存储数据元素的存储空间占整个环形队列存储空间的比例。进一步的，所述第一环形队列的存储状态主要包括：队满状态、队空状态，存储空间使用率大于预设数值，存储空间使用率小于第二预设数值，等等。

在本公开的一个实施方式中，获取队首指针指向的存储地址和队尾指针指向的存储地址，基于上述两个存储地址确定第一环形队列的存储状态。

S102、在所述第一环形队列的存储状态满足扩容需求时，构建第二环形队列，其中，所述第二环形队列的队列长度大于所述第一环形队列的队列长度。

在本公开实施例中，生产者线程控制数据元素进行入队操作时，判断所述第一环形队列是不是满足扩容需求。其中，满足扩容需求是指第一环形队列中可写入数据元素的存储空间很小，无法将后续接收到的数据元素写入到第一环形队列中。满足扩容需求时，可能会导致数据元素入队失败，影响程序的正常响应。不满足扩容需求是指第一环形队列中可写入数据元素的存储空间较大，可以将后续接收到的数据元素写入到第一环形队列中，不影响程序的正常响应。

在本公开的一个实施方式中，所述第一环形队列满足扩容需求时，重新申请构建一个新的环形队列，即第二环形队列。其中，第二环形队列的队列长度大于所述第一环形队列的队列长度，以使得第二环形队列具有更大的存储空间，可以写入数据元素。其中，所述第二环形队列的队列长度即为第二环形队列的存储空间的大小。

在本公开的一个实施方式中，环形队列的具体构建实现方式，可以采用指针方式。具体的，为每个存储地址设置一个指向下一个存储地址的指针，并且队尾的最后一个存储地址的指针指向队首的第一个存储地址，这样就可以构造所述环形数组。也可以有其它方式实现上述环形数组。

在本公开的一个实施方式中，环形队列的具体构建实现方式，包括：设置一个依次排列的地址表，依次存放指向数据存放地址的地址指针，向环形数组插入或者读取数据时，按照地址表的存放顺序依次使用地址指针，当使用到最后一个地址指针时再返回头一个地址指针。总之，在现有技术下可以以多种方式实现上述环形数组1。

需要说明的是，本公开实施例中上述两种环形队列的构建方式仅是进行示例性说明，所有构建环形队列的方式均在本公开实施例的保护范围内。

在本公开的一个实施方式中，所述第一环形队列的存储状态满足扩容需求，包括：在所述数据元素入队时，所述第一环形队列的存储状态是队满状态；或者在所述数据元素入队时，所述第一环形队列的存储空间使用率大于预设数值。

在本公开的一个实施方式中，在生产者线程控制数据元素进行入队操作时，判断所述第一环形队列的存储状态是否为队满状态，如果是，则构建第二环形队列，将新接收到的数据元素写入到第二环形队列中，即将新接收到的数据元素写入到第二环形队列队尾指针指向的存储地址。如果所述第一环形队列的存储状态不是队满状态，则将新接收到的数据元素按照队尾指针所在的存储地址写入到第一环形队列中，即将新接收到的数据元素写入到第一环形队列中队尾指针指向的存储地址的下一个存储地址中。

在本公开实施例中，生产者线程控制数据元素进行入队操作时，判断所述第一环形队列的存储状态是否为队满状态，包括：进行入队操作时，判断(tail+1)％maxsize是不是等于head，如果是，则确定为队满状态，如果不是，则确定不是队满状态。

在本公开的一个实施方式中，在生产者线程控制数据元素进行入队操作时，判断第一环形队列的存储空间使用率是否大于预设数值，如果是，则构建第二环形队列，将新接收到的数据元素写入到第二环形队列中，即将新接收到的数据元素写入到第二环形队列队尾指针指向的存储地址。如果第一环形队列的存储空间使用率不大于预设数值，则将新接收到的数据元素按照队尾指针所在的存储地址写入到第一环形队列中。即将新接收到的数据元素写入到第一环形队列中队尾指针指向的存储地址的下一个存储地址中。

其中，所述预设数值，可以根据实际情况进行设置，例如：预设数值可以是90％。

在本公开的一个实施方式中，统计第一环形队列中已存储数据元素的存储空间在整个第一环形队列的存储空间的比例，作为第一环形队列的存储空间使用率。

在本公开实施例中，在第一环形队列的存储空间使用率大于90％时，构建第二环形队列。由于构建环形队列需要一定的时间，在第一环形队列未队满时，提前构建第二环形队列，可以避免多线程下由于申请新的数组造成入队阻塞的问题。

在本公开的一个实施方式中，所述第二环形队列的队列长度是所述第一环形队列的2倍。如图3所示，在第一环形队列包括8个存储地址时，构建的第二环形队列包括16个存储地址。在本公开的一个实施方式中，第二环形队列构建完成之后，将接收到的数据元素写入至第二环形队列，不再写入第一环形队列。

在本公开的一个实施方式中，构建第二环形队列之前，还包括：判断第一环形队列的队列长度是否达到上限，如果所述第一环形队列的队列长度未达到上限，则构建第二环形队列。如果所述第一环形队列的队列长度达到上限，则构建第二环形队列，继续使用第一环形队列写入数据元素。

在本公开的一个实施方式中，所述第一环形队列的队列长度的上限可以根据整个设备的存储空间、运行线程的数量，等等多方面进行评估之后得到。本公开实施例中不具体限定上述上限的确定方式。

在本公开实施例中，设置环形队列的队列长度的上限，可以避免队列长度过长，影响设备内其他程序的运行。

S103、将接收的数据元素存储至所述第二环形队列。

在本公开实施例中，在构建第二环形队列之后，在生产者线程控制数据元素从第二环形队列的队尾进行入队操作，将数据元素存储至第二环形队列中。

在本公开的一个实施方式中，将所述第二环形队列作为新的第一环形队列，并返回执行步骤S101。

S104、在所述第一环形队列的存储状态满足缩容需求时，构建第三环形队列，其中，所述第三环形队列的队列长度小于所述第一环形队列的队列长度。

在本公开实施例中，消费者线程控制数据元素进行出队操作时，判断所述第一环形队列是不是满足缩容需求。

在本公开实施例中，消费者线程控制数据元素进行出队操作时，判断所述第一环形队列是不是满足缩容需求。其中，满足扩容需求是指第一环形队列中可写入数据元素的存储空间很大。满足缩容需求时，如果不缩容，可能会导致资源浪费。不满足缩容需求是指第一环形队列中可写入数据元素的存储空间适中，可以将后续接收到的数据元素写入到第一环形队列中，也不会导致资源浪费。

在本公开的一个实施方式中，所述第一环形队列满足缩容需求时，重新申请构建一个新的环形队列，即第三环形队列。其中，第三环形队列的队列长度小于所述第一环形队列的队列长度，以使得第三环形队列具有更小的存储空间，占用很小的存储地址即可实现，避免资源浪费。

在本公开的一个实施方式中，第三环形队列的具体构建实现方式，与上述第二环形队列的构建方式一致，具体可参照上述实施例中的描述，本公开实施例不再具体赘述。

在本公开的一个实施方式中，所述第一环形队列的存储状态满足缩容需求，包括：在所述数据元素出队后，所述第一环形队列的存储状态是队空状态。

在本公开的一个实施方式中，在消费者线程控制数据元素进行出队操作时，判断所述第一环形队列的存储状态是否为队空状态，如果是，则构建第三环形队列，将新接收到的数据元素写入到第三环形队列中，即将新接收到的数据元素写入到第三环形队列队尾指针指向的存储地址。如果所述第一环形队列的存储状态不是队空状态，则将新接收到的数据元素按照队尾指针所在的存储地址写入到第一环形队列中。即将新接收到的数据元素写入到第一环形队列中队尾指针指向的存储地址的下一个存储地址中。

在本公开实施例中，消费者线程控制数据元素进行出队操作时，判断所述第一环形队列的存储状态是否为队空状态，包括：进行入队操作时，判断对纹指针tail是不是等于队首指针head，如果是，则确定为队空状态，如果不是，则确定不是队空状态。

在本公开的一个实施方式中，所述第三环形队列的队列长度是所述第一环形队列的1/2倍。如图4所示，在第一环形队列包括8个存储地址时，构建的第三环形队列包括4个存储地址。在本公开的一个实施方式中，第三环形队列构建完成之后，将接收到的数据元素写入至第三环形队列，不再写入第一环形队列。

在本公开的一个实施方式中，如果第一环形队列是原始环形队列，原始环形队列的队列长度是预先设定的最小队列长度，此时，不再进行缩容处理，继续使用原始环形队列进行数据元素的入队和出队操作。

在本公开的一个实施方式中，所述第三环形队列的队列长度可以是第一环形队列的队列长度的一半，例如：所述第一环形队列的队列长度是1024，则第三队列的队列长度是512。

在本公开的一个实施方式中，所述第三环形队列的队列长度与原始环形队列的队列长度相同。如果原始环形队列的队列长度是128，则不论第一环形队列的队列长度是多少，第三环形队列的队列长度为128。

在本公开的一个实施方式中，将所述第三环形队列作为新的第一环形队列，并返回执行步骤S101。

S105、将接收的数据元素存储至所述第三环形队列。

在本公开实施例中，在构建第三环形队列之后，在生产者线程控制数据元素从第三环形队列的队尾进行入队操作，将数据元素存储至第三环形队列中。

本公开实施例提供的队列处理方法，包括：获取第一环形队列的存储状态；在所述第一环形队列的存储状态满足扩容需求时，构建第二环形队列，其中，所述第二环形队列的队列长度大于所述第一环形队列的队列长度；将接收的数据元素存储至所述第二环形队列；在所述第一环形队列的存储状态满足缩容需求时，构建第三环形队列，其中，所述第三环形队列的队列长度小于所述第一环形队列的队列长度；将接收的数据元素存储至所述第三环形队列。本公开实施例提供的技术方案在满足扩容需求时，进行扩容。在满足缩容需求时，进行缩容，避免多线程下由于申请新的数组造成入队阻塞的问题，且需要扩容时，不需要增加拷贝过程。重新构建的环形队列内存连续，进而保证无锁队列的内存是连续的。支持多次扩容和缩小，能满足多种需求场景。

在上述实施例中，介绍了扩容和缩容的条件，以及如何扩缩容，扩缩容之后，数据元素如何进行入队。在上述实施例的基础上，本公开实施例中主要介绍一下扩缩容之后，数据元素如何进行出队。

在本公开的一个实施方式中，对于扩容需求是第一环形队列的存储状态是队满状态，缩容需求是第一环形队列的存储状态是队空状态时，数据元素的出队方案如下所述。

在本公开的一个实施方式中，在将接收的数据元素存储至所述第二环形队列之后，所述方法还包括；在所述数据元素出队时，按照所述数据元素的入队顺序将所述数据元素从所述第一环形队列依次读取；当所述第一环形队列的存储状态为队空状态，将所述第一环形队列的存储空间释放；从所述第二环形队列的队首开始读取所述数据元素。

具体的，构建第二环形队列，将接收的数据元素存储至所述第二环形队列之后，消费者线程按照第一环形队列中队首指针所指向的存储地址，依次控制所述第一环形队列中的数据元素出队，在所述第一环形队列的存储状态为队空状态之后，释放第一环形队列的存储空间，并且从所述第二环形队列的队首指针所指向的存储地址控制数据元素进行出队。

在本公开的一个实施方式中，所述第一环形队列的存储状态满足缩容需求，即第一环形队列的存储状态为队空状态，将接收到的数据元素写入所述第三环形队列之后，所述方法包括：在所述数据元素出队时，按照所述数据元素的入队顺序将所述数据元素从所述第一环形队列依次读取；当所述第一环形队列的存储状态为队空状态时，且所述第一环形队列不是唯一队列时，将所述第一环形队列的存储空间释放；从所述第三环形队列的队首开始读取所述数据元素。

具体实现方式是：在消费者线程控制数据元素进行出队操作时，可以直接从第一环形队列中进行出队操作，如果出队失败，则确定第一环形队列为队空状态，判断第一环形队列是不是唯一环形队列，如果不是唯一环形队列，则从第三环形队列中进行出队操作，并释放第一环形队列的存储空间。如果第一环形队列是唯一环形队列，直接返回出队失败的指令。

在本公开的一个实施方式中，对于扩容需求是所述第一环形队列的存储空间使用率大于预设数值，数据元素的出队方案如下所述。

在本公开的一个实施方式中，在消费者线程控制数据元素进行出队操作时，可以直接从第一环形队列中进行出队操作，如果出队失败，则确定第一环形队列为队空状态，则判断第一环形队列是不是唯一的队列，如果第一环形队列是唯一的队列，则判断第一环形队列是不是原始环形队列，如果第一环形队列是原始环形队列，直接返回出队失败的指令。如果第一环形队列不是原始环形队列，则构建第二环形队列。

在本公开的一个实施方式中，在所述第一环形队列的存储空间使用率大于预设数值，将所述扩容标记设置为第一状态，同时构建第二环形队列，所述扩容标记设置为第一状态用于指示已构建第二环形队列；在接收到的数据元素在所述第一环形队列入队失败时，将所述接收到的数据元素存储在所述第二环形队列中，将所述扩容标记设置为第二状态，所述扩容标记设置为第二状态用于指示第二环形队列已使用。

在本公开实施例中，生产者线程控制数据元素进行入队操作，在入队成功之后，判断所述第一环形队列的存储空间使用率是否大于90％，如果不大于90％，则不进行扩容处理。如果大于90％，判断第一环形队列的队列长度是否超过上限，如果没有超过上限，则构建第二环形队列，将扩容标识设置为第一状态，所述扩容标记设置为第一状态用于指示已构建第二环形队列，避免重复申请新的环形队列。此时生产者线程控制数据元素在第一环形队列进行入队操作，如果入队失败，即队满后，控制数据元素在第二环形队列进行入队操作，将扩容标识设置为第二状态，所述扩容标记设置为第二状态用于指示第二环形队列已使用，即数据元素已经开始从新的环形队列入队。入队操作时，判断的是第二环形队列的存储状态。

如果第一环形队列的存储空间使用率大于90％，但第一环形队列的存储空间超过上限，则不构建第二环形队列，依旧使用第一环形队列进行数据元素的入队和出队操作。

在本上述实施例的基础上，由于入队和出队是同步进行的。消费者线程控制数据元素在第一环形队列进行出队操作，如果出队失败，则确定第一环形队列是队空状态，判断第一环形队列是不是唯一的环形队列，如果不是唯一的环形队列，则从新构建的环形队列中进行出队操作，并释放第一环形队列的存储空间。如果是唯一的环形队列，则从新构建的环形队列(第二环形队列)中进行出队操作。

进一步的，在本公开的一个实施方式中，如果第一环形队列是唯一的环形队列，则判断第一环形队列的队列长度是不是与原始环形队列的队列长度相同，如果相同，则反馈出队失败的信息。如果第一环形队列的队列长度与原始环形队列的队列长度不相同，则判断扩容标记是不是第二状态，如果扩容标记是第二状态，则直接从新建的第二环形队列进行出队操作。

图5为本公开实施例中的一种队列处理装置的结构示意图，本实施例可适用于环形数组构成的无锁队列进行扩容或者缩容的情况，该方法可以由队列处理装置执行，该队列处理装置可以采用软件和/或硬件的方式实现，该队列处理装置可配置于电子设备中。

具体的，如图5所示，本公开实施例提供的队列处理装置主要包括：存储状态获取模块51、扩容模块52、第一元素存储模块53、缩容模块54、第二元素存储模块55。

其中，存储状态获取模块51，用于获取第一环形队列的存储状态；

扩容模块52，用于在所述第一环形队列的存储状态满足扩容需求时，构建第二环形队列，其中，所述第二环形队列的队列长度大于所述第一环形队列的队列长度；

第一元素存储模块53，用于将接收的数据元素存储至所述第二环形队列；

缩容模块54，用于在所述第一环形队列的存储状态满足缩容需求时，构建第三环形队列，其中，所述第三环形队列的队列长度小于所述第一环形队列的队列长度；

第二元素存储模块55，用于将接收的数据元素存储至所述第二环形队列或者第三环形队列。

在本公开的一个实施方式中，所述第二环形队列的队列长度是所述第一环形队列的2倍，所述第三环形队列的队列长度是所述第一环形队列的1/2倍。

在本公开的一个实施方式中，所述第一环形队列的存储状态满足扩容需求，包括：

在所述数据元素入队时，所述第一环形队列的存储状态是队满状态；或者

在所述数据元素入队时，所述第一环形队列的存储空间使用率大于预设数值。

在本公开的一个实施方式中，在所述第一环形队列的存储状态满足扩容需求包括：在所述数据元素入队，且所述第一环形队列的存储空间使用率大于预设数值，所述装置还包括，扩容标记设置模块，用于在所述第一环形队列的存储空间使用率大于预设数值，将所述扩容标记设置为第一状态，同时构建第二环形队列，所述扩容标记设置为第一状态用于指示已构建第二环形队列；在接收到的数据元素在所述第一环形队列入队失败时，将所述接收到的数据元素存储在所述第二环形队列中，将所述扩容标记设置为第二状态，所述扩容标记设置为第二状态用于第二环形队列已使用。

在本公开的一个实施方式中，数据元素出队模块，用于在将接收的数据元素存储至所述第二环形队列之后，在所述数据元素出队时，按照所述数据元素的入队顺序将所述数据元素从所述第一环形队列依次读取；存储空间释放模块，用于当所述第一环形队列的存储状态为队空状态，将所述第一环形队列的存储空间释放；数据元素出队模块，还用于从所述第二环形队列的队首开始读取所述数据元素。

在本公开的一个实施方式中，所述第一环形队列的存储状态满足缩容需求，包括：

在所述数据元素出队后，所述第一环形队列的存储状态是队空状态。

在本公开的一个实施方式中，缩容模块54，具体用于在所述第一环形队列的存储状态满足缩容需求，所述第一环形队列是唯一队列，且所述第一环形队列的存储空间大于原始环形队列的存储空间时，构建第三环形队列。

在本公开的一个实施方式中，数据元素出队模块，还用于在所述数据元素出队时，按照所述数据元素的入队顺序将所述数据元素从所述第一环形队列依次读取；存储空间释放模块，还用于当所述第一环形队列的存储状态为队空状态时，且所述第一环形队列不是唯一队列时，将所述第一环形队列的存储空间释放；数据元素出队模块，还用于从所述第三环形队列的队首开始读取所述数据元素。

图5所示实施例的队列处理装置可用于执行上述方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

图6为本公开实施例中的一种电子设备的结构示意图。下面具体参考图6，其示出了适于用来实现本公开实施例中的电子设备600的结构示意图。本公开实施例中的电子设备600可以包括但不限于诸如移动电话、笔记本电脑、数字广播接收器、PDA(个人数字助理)、PAD(平板电脑)、PMP(便携式多媒体播放器)、车载终端(例如车载导航终端)、可穿戴终端设备等等的移动终端以及诸如数字TV、台式计算机、智能家居设备等等的固定终端。图6示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图6所示，电子设备600可以包括处理装置(例如中央处理器、图形处理器等)601，其可以根据存储在只读存储器(ROM)602中的程序或者从存储装置608加载到随机访问存储器(RAM)603中的程序而执行各种适当的动作和处理以实现如本公开所述的实施例的队列处理方法。在RAM 603中，还存储有终端设备600操作所需的各种程序和数据。处理装置601、ROM 602以及RAM 603通过总线604彼此相连。输入/输出(I/O)接口605也连接至总线604。

通常，以下装置可以连接至I/O接口605：包括例如触摸屏、触摸板、键盘、鼠标、摄像头、麦克风、加速度计、陀螺仪等的输入装置606；包括例如液晶显示器(LCD)、扬声器、振动器等的输出装置607；包括例如磁带、硬盘等的存储装置608；以及通信装置604。通信装置604可以允许终端设备600与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。虽然图6示出了具有各种装置的终端设备600，但是应理解的是，并不要求实施或具备所有示出的装置。可以替代地实施或具备更多或更少的装置。

特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在非暂态计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码，从而实现如上所述的队列处理方法。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信装置604从网络上被下载和安装，或者从存储装置608被安装，或者从ROM 602被安装。在该计算机程序被处理装置601执行时，执行本公开实施例的方法中限定的上述功能。

需要说明的是，本公开上述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。

在一些实施方式中，客户端、服务器可以利用诸如HTTP(HyperText TransferProtocol，超文本传输协议)之类的任何当前已知或未来研发的网络协议进行通信，并且可以与任意形式或介质的数字数据通信(例如，通信网络)互连。通信网络的示例包括局域网(“LAN”)，广域网(“WAN”)，网际网(例如，互联网)以及端对端网络(例如，ad hoc端对端网络)，以及任何当前已知或未来研发的网络。

上述计算机可读介质可以是上述电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。

上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该终端设备执行时，使得该终端设备实现如任一实施例中所述的方法。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括但不限于面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本公开实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。其中，单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定。

本文中以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如，非限制性地，可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括：现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、片上系统(SOC)、复杂可编程逻辑设备(CPLD)等等。

在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

此外，虽然采用特定次序描绘了各操作，但是这不应当理解为要求这些操作以所示出的特定次序或以顺序次序执行来执行。在一定环境下，多任务和并行处理可能是有利的。同样地，虽然在上面论述中包含了若干具体实现细节，但是这些不应当被解释为对本公开的范围的限制。在单独的实施例的上下文中描述的某些特征还可以组合地实现在单个实施例中。相反地，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合的方式实现在多个实施例中。

尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。

Claims (11)

1.一种环形队列处理方法，其特征在于，包括：

获取第一环形队列的存储状态；

所述第一环形队列的存储状态满足扩容需求时，构建第二环形队列，其中，所述第二环形队列的队列长度大于所述第一环形队列的队列长度；

将接收的数据元素存储至所述第二环形队列；

所述第一环形队列的存储状态满足缩容需求时，构建第三环形队列，其中，所述第三环形队列的队列长度小于所述第一环形队列的队列长度；

将接收的数据元素存储至所述第三环形队列。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二环形队列的队列长度是所述第一环形队列的2倍，所述第三环形队列的队列长度是所述第一环形队列的1/2倍。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一环形队列的存储状态满足扩容需求，包括：

在所述数据元素入队时，所述第一环形队列的存储状态是队满状态；或者

在所述数据元素入队时，所述第一环形队列的存储空间使用率大于预设数值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述第一环形队列的存储状态满足扩容需求包括：在所述数据元素入队，且所述第一环形队列的存储空间使用率大于预设数值；在所述第一环形队列的存储状态满足扩容需求时，构建第二环形队列，将接收的数据元素存储至所述第二环形队列，包括：

在所述第一环形队列的存储空间使用率大于预设数值，将所述扩容标记设置为第一状态，同时构建第二环形队列，所述扩容标记设置为第一状态用于指示已构建第二环形队列；

在接收到的数据元素在所述第一环形队列入队失败时，将所述接收到的数据元素存储在所述第二环形队列中，将所述扩容标记设置为第二状态，所述扩容标记设置为第二状态用于指示所述第二环形队列已使用。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将接收的数据元素存储至所述第二环形队列之后，所述方法还包括；

在所述数据元素出队时，按照所述数据元素的入队顺序将所述数据元素从所述第一环形队列依次读取；

当所述第一环形队列的存储状态为队空状态，将所述第一环形队列的存储空间释放；

从所述第二环形队列的队首开始读取所述数据元素。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一环形队列的存储状态满足缩容需求，包括：

在所述数据元素出队后，所述第一环形队列的存储状态是队空状态。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一环形队列的存储状态满足缩容需求时，构建第三环形队列，包括：

在所述第一环形队列的存储状态满足缩容需求，所述第一环形队列是唯一队列，且所述第一环形队列的存储空间大于原始环形队列的存储空间时，构建第三环形队列。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述数据元素出队时，按照所述数据元素的入队顺序将所述数据元素从所述第一环形队列依次读取；

当所述第一环形队列的存储状态为队空状态时，且所述第一环形队列不是唯一队列时，将所述第一环形队列的存储空间释放；

从所述第三环形队列的队首开始读取所述数据元素。

9.一种队列处理装置，其特征在于，包括：

存储状态获取模块，用于获取第一环形队列的存储状态；

扩容模块，用于在所述第一环形队列的存储状态满足扩容需求时，构建第二环形队列，其中，所述第二环形队列的队列长度大于所述第一环形队列的队列长度；

第一元素存储模块，用于将接收的数据元素存储至所述第二环形队列；

缩容模块，用于在所述第一环形队列的存储状态满足缩容需求时，构建第三环形队列，其中，所述第三环形队列的队列长度小于所述第一环形队列的队列长度；

第二元素存储模块，用于将接收的数据元素存储至所述第二环形队列或者第三环形队列。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：

存储器；

处理器；以及

计算机程序；

其中，所述计算机程序存储在所述存储器中，并被配置为由所述处理器执行以实现如权利要求1-8中任一所述的方法。

11.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-8中任一项所述的方法。