Java中的等待与堆叠，探索栈与队列的奥秘

10个月前 (08-06)编程语言22

在Java编程语言中，"等待"与"堆叠"的概念主要与线程管理和内存管理相关。“等待”通常指的是线程的一种状态，当线程执行到特定的等待语句时，它会释放所有资源并进入等待状态，直到被其他线程通过特定的方法唤醒。这种机制对于实现多线程程序中的同步和互斥操作至关重要，例如在生产者-消费者模型中，生产者线程可能需要等待消费者线程消耗掉产品，避免资源浪费或系统崩溃。，，而“堆叠”则主要与Java的内存管理有关。在Java中，堆是用于存放对象实例的区域，而栈则是用于存放方法调用信息的区域。每个方法调用都会在栈上创建一个帧，帧中包含了局部变量、参数和返回地址等信息。当方法调用结束时，相应的栈帧会被弹出，释放所占用的内存空间。这种方法有效地支持了函数式编程和递归调用的需求，同时通过栈的后进先出（LIFO）特性，确保了内存资源的高效管理和合理利用。，，Java还提供了栈（Stack）和队列（Queue）数据结构来帮助开发者组织和管理数据。栈遵循先进后出（LIFO）原则，常用于后退导航、括号匹配等场景；队列遵循先进先出（FIFO）原则，适用于任务调度、消息队列等需求。通过理解和熟练运用这些概念和数据结构，开发者可以更高效地设计和实现复杂的多线程应用，同时保证程序的稳定性和性能。

在编程的世界里，数据结构就像是构建高楼大厦的基石，它们是解决复杂问题的基础工具，帮助程序员以更高效的方式组织、存储和检索数据，在这片知识的海洋中，栈和队列作为两种基础的数据结构，以其独特的特性在众多应用场景中发挥着关键作用，让我们一同走进Java世界，探索栈与队列的奇妙之旅。

栈：后进先出的神秘守护者

在Java的世界里，栈是一种遵循“后进先出”（Last In, First Out, LIFO）原则的数据结构，想象一下，当你将一本书放在书架的顶部时，最后放上去的那一本将会是第一个被取下的，这就是栈的基本运作模式，在编程中，栈通常用于实现函数调用、表达式求值、逆波兰表示法（Reverse Polish Notation, RPN）计算器等场景。

示例：实现逆波兰表示法计算器

import java.util.Stack;
public class ReversePolishNotationCalculator {
    public static int evaluate(String expression) {
        Stack stack = new Stack<>();
        
        for (String token : expression.split(" ")) {
            switch (token) {
                case "+":
                    int second = stack.pop();
                    int first = stack.pop();
                    stack.push(first + second);
                    break;
                case "-":
                    second = stack.pop();
                    first = stack.pop();
                    stack.push(first - second);
                    break;
                case "*":
                    second = stack.pop();
                    first = stack.pop();
                    stack.push(first * second);
                    break;
                case "/":
                    second = stack.pop();
                    first = stack.pop();
                    stack.push(first / second);
                    break;
                default:
                    stack.push(Integer.parseInt(token));
            }
        }
        return stack.pop();
    }
    public static void main(String[] args) {
        String expression = "3 4 + 5 *";
        System.out.println(evaluate(expression)); // 输出结果为 35
    }
}

队列：先进先出的有序排队

与栈形成鲜明对比的是队列，它遵循“先进先出”（First In, First Out, FIFO）原则，在Java中，队列常用于实现任务调度、消息队列、缓冲区管理等场景，想象一下，你去超市结账，排队的人按照加入队伍的顺序依次进行结账，这就是队列的工作方式。

实现一个简单的生产者消费者模型

import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;
public class ProducerConsumerModel {
    private Queue queue = new LinkedList<>();
    public synchronized void produce(int value) throws InterruptedException {
        while (queue.size() == 10) {
            wait();
        }
        queue.add(value);
        notifyAll();
    }
    public synchronized int consume() throws InterruptedException {
        while (queue.isEmpty()) {
            wait();
        }
        int value = queue.poll();
        notifyAll();
        return value;
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ProducerConsumerModel model = new ProducerConsumerModel();
        Thread producerThread = new Thread(() -> {
            try {
                for (int i = 1; i <= 20; i++) {
                    model.produce(i);
                    System.out.println("Produced: " + i);
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        Thread consumerThread = new Thread(() -> {
            try {
                for (int i = 1; i <= 20; i++) {
                    int value = model.consume();
                    System.out.println("Consumed: " + value);
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        producerThread.start();
        consumerThread.start();
        producerThread.join();
        consumerThread.join();
    }
}

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