java - 不可变队列的需求是什么？

Question

我已经使用 Java 多年了。最近遇到了 Vavr，这是一个 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，队列用于在一端为其生成数据，然后另一个线程从另一端使用数据。

Immutable Queue 不允许在构造后添加数据，那我为什么要在这里使用 Queue。

理想情况下，我会按如下方式处理队列，但对于不可变队列，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，所有的讨论都围绕着如何实现一个不可变队列，但没有解释它的必要性。

Answer 1

My understanding is that a Queue is used to produce data to it on one end and then a different thread consumes the data from the other end.

A Queue是一个FIFO(先进先出)数据结构。除了作为线程之间的通信之外，它还有很多用途。

I am curious to know the reason for having an immutable Queue.

如果您对不可变anything 的需求感到困惑，那么您似乎不明白functional programming .记住，你自己说过 Vavr是一个函数式库，即用 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，假设您想将数字 1 到 10 添加到队列中，然后从该队列中读取并打印值。

在 imperative programming 中像 Java 这样的语言，你会这样做，使用 java.util.Queue以及类似 java.util.LinkedList 的实现:

// 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(因此函数式编程)，对于类似的操作，堆栈上的嵌套调用调用具有不同的函数参数值。

请记住，在命令式风格中，计数变量 i 和队列 queue 都会在迭代期间发生变化。

在函数式风格中，它们都必须是不可变的，因此您可以通过使用 io.vavr.collection.Queue 编写这样的递归函数(在 Java 中)来实现。 :

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));
}

然后调用它:

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

由于队列是不可变的，enqueue()方法返回一个添加了新值的新队列。然后这个新队列作为递归调用的参数传递，直到完成，此时包含数字的最终队列返回调用堆栈。

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，所以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());
}

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