对不可变队列有什么需求？

Question

我已经使用Java几年了.最近遇到了Vavr,一个Java的函数库,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,Queue用于在一端为其生成数据,然后另一个线程从另一端消耗数据.

不可变队列不允许你在构造之后添加数据,那么为什么我会在这里使用队列.

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,这将进入无限循环.

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

当我用Google搜索时,所有的讨论都围绕着如何实现不可变队列,但并没有解释它的必要性.

Answer 1

我的理解是,Queue用于在一端为其生成数据,然后另一个线程从另一端消耗数据.

甲队列是一个FIFO(先入先出)的数据结构.除了作为线程之间的通信之外,它有许多用途.

我很想知道拥有不可变队列的原因.

如果您对不可变的任何东西感到困惑,那么您似乎不理解函数式编程.记住,你自己说Vavr是一个函数库,即用Java编写函数代码的库.

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,用于存储您的数据,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,您可以这样做,使用java.util.Queue和实现如下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,函数式编程在很大程度上依赖于递归函数(因此函数编程),对于类似的操作,其中堆栈上的嵌套调用调用具有不同的函数参数值.

请记住,在命令式样式中,计数变量i和队列queue在迭代期间都会发生变异.

在函数式样式中,它们必须都是不可变的,所以你可以通过编写这样的递归函数(在Java中),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));
}

然后叫它:

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

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

旁注:在函数式语言中,实现了尾递归优化(Java没有),build()上面的函数实际上不会构建一个调用堆栈,所以它不会导致堆栈溢出.此外,返回的新队列enqueue()不会复制所有现有值,因此它并不像听起来那么昂贵.

然后轮询队列中的值并打印它们,您还可以使用递归方法:

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());
}

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,该函数打印该值并进行递归调用以打印队列的其余部分.