不可变队列需要什么?



我已经使用Java好几年了。最近遇到了Vavr,一个Java函数库,它提供了不可变的集合API。我很想知道拥有不可变队列的原因。

我的理解是,队列用于在一端向其生成数据,然后另一个线程从另一端使用数据。

不可变队列不允许你在构造后添加数据,那我为什么要在这里使用队列。

理想情况下,我会按如下方式处理队列,但对于不可变的队列,这会进入无限循环。

while(!queue.isEmpty()) {
queue.dequeue(); // process elements in queue.
}

当我用谷歌搜索时,所有的讨论都是围绕如何实现不可变队列,但没有解释它的必要性。

我的理解是,队列用于在一端向其生成数据,然后另一个线程从另一端使用数据。

队列是一种 FIFO(先进先出)数据结构。它有很多用途,除了作为线程之间的通信。

我很想知道拥有不可变队列的原因。

如果你对不可变的东西的需求感到困惑,那么你似乎不了解函数式编程。请记住,您自己说过Vavr是一个函数库,即用于用Java编写函数式代码的库。

函数式编程的基本原则之一是一切都是不可变的。

这包括一个队列。如果您需要一个队列,即FIFO集合来存储您的数据,那么它也必须是不可变的。

例如,假设您要将数字 1 到 10 添加到队列中,然后从该队列中读取并打印值。

在像 Java 这样的命令式编程语言中,你可以这样做,使用java.util.Queue和实现,如java.util.LinkedList

// Build queue with numbers 1-10
Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
for (int i = 1; i <= 10; i++)
queue.offer(i);
// Poll queue and print numbers
for (Integer num; (num = queue.poll()) != null; )
System.out.println(num);

相比之下,函数式编程严重依赖递归函数(因此是函数式编程),对于此类操作,堆栈上的嵌套调用调用对函数参数具有不同的值。

请记住,在命令式样式中,计数变量i和队列queue在迭代过程中都会发生突变。

在函数式风格中,它们都必须是不可变的,所以你可以通过编写这样的递归函数(在 Java 中)来实现,使用io.vavr.collection.Queue

private static Queue<Integer> build(int i, int end, Queue<Integer> queue) {
if (i > end)
return queue;
return build(i + 1, end, queue.enqueue(i));
}

然后称之为:

// Build queue with numbers 1-10
Queue<Integer> queue = build(1, 10, Queue.empty());

由于队列是不可变的,因此enqueue()方法返回添加了新值的新队列。然后,该新队列作为递归调用的参数传递,直到完成,此时包含数字的最后一个队列将返回到调用堆栈。

旁注:在实现尾递归优化(Java 没有)的函数式语言中,上面的build()函数实际上不会构建调用堆栈,因此它不会导致堆栈溢出。此外,enqueue()返回的新队列不会复制所有现有值,因此它并不像听起来那么昂贵。

然后,要从队列中轮询值并打印它们,您还需要使用递归方法:

private static void print(Queue<Integer> queue) {
if (queue.isEmpty())
return;
Tuple2<Integer,Queue<Integer>> t = queue.dequeue();
System.out.println(t._1());
print(t._2());
}

在这里,dequeue()返回两个值:从队列中删除的值,以及删除了值的新队列。然后,该函数打印值并进行递归调用以打印队列的其余部分。

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