JAVA中常用的Queue的介绍

目录

1. java中队列的分类以及队列的介绍

2. PriorityQueue队列的介绍

2.1 PriorityQueue继承结构和方法解读

2.2 PriorityQueue的构造器的实现

3. Deque(双向队列)的简单介绍

3.1 ArrayDeque和LinkedList的介绍


1. java中队列的分类以及队列的介绍

常见的队列主要分为单向队列和双向队列,单向队列(Queue接口)的主要实现类是PriorityQueue(优先队列)。双向队列(Dequeue)的实现类主要有LinkedList和ArrayDeque。

2. PriorityQueue队列的介绍

2.1 PriorityQueue继承体系及方法

对于Queue我们通过查看源码可以看出,该接口一共定义了6种方法,其中add()和offer()方法返回的是boolean值,而remove(),poll(),element(),peek()返回的是元素。

我们首先查看源码中PriorityQueue队列的继承结构,我们可以看到PriorityQueue是实现了Queue接口的,而且PriorityQueue类实现了Serializable接口,可以实现序列化的功能,能够方便PriorityQueue的序列化传输:

我们继续观察源码中PriorityQueue类中一些方法,如下图所示,在PriorityQueue的构造类中有Comparator比较器,也代表着我们构造的PriorityQueue优先队列不仅仅可以是默认的小根堆的,还可以自定义队列中元素的比较方法,以及是小根堆还是大根堆都可以通过构造函数自定义。

而且因为PriorityQueue还继承了AbstractQueue这个类,因此在PriorityQueue的方法中还有contains()可以判断在PriorityQueue类中是否存在某一个元素。toArray()方法也可以使得PriorityQueue和Array很方便的转换。

2.2 PriorityQueue的构造器的实现

我们测试了Integer作为队列中的元素实现优先队列中的小根堆和大根堆的效果,并且还测试了在使用int数组作为队列中的元素时,如何编写队列的比较器,具体的效果如下所示。

3. Deque(双向队列)的简单介绍

3.1 ArrayDeque和LinkedList的介绍

ArrayDequeue和LinkedList都实现了Deque(双向队列接口)所以对于这两个队列实现类都有Collection中的addFirst(),addLast(),offerFirst()和offerLast()等功能。也就是说ArrayDeque和LinkedList都可以实现对队列的双向加入和删除等功能。

我们再看底层实现对比,对于ArrayDeque的底层实现时通过Object[]进行实现的,然后定义head和tail两个标记对Object[]进行操作,对于LinkedList是通过定义两个Node节点first和last对链表进行操作。Node有指向下一个元素和上一个元素的指针,还记录了自身的值,对于LinkedList来说双向队列是通过两个Node节点实现的。

<think>嗯,用户让我介绍Java中的Queue,也就是队列。首先,我需要回忆一下队列的基本概念。队列是一种先进先出(FIFO)的数据结构,对吧?就像排队买东西一样,先来的人先服务。那在Java里,Queue是一个接口,属于Java集合框架的一部分,应该是在java.util包下面。 接下来,我得想想Queue接口的常用实现类有哪些。常见的比如LinkedList,PriorityQueue,还有ArrayDeque。LinkedList实现了Queue接口,所以可以用作队列;而PriorityQueue则是基于优先级的队列,元素按照自然顺序或者比较器来排序;ArrayDeque是双端队列,但也可以当作普通队列来用,性能可能比LinkedList好一些吧? 然后需要提到Queue接口的主要方法。比如添加元素有add()和offer(),它们的区别在于处理容量限制时的行为不同。add()在队列满的时候会抛出异常,而offer()返回false。删除元素的话,remove()和poll(),同样remove()在空队列时会抛异常,poll()返回null。查看队头元素有element()和peek(),前者在空队列时抛异常,后者返回null。 用户可能想知道什么时候用哪个实现类。比如需要普通队列功能可以用LinkedList或者ArrayDeque,如果需要优先级处理就用PriorityQueue。可能还需要举一些例子,比如用LinkedList实现队列的基本操作,添加、移除元素,检查队头元素等。 还有线程安全的问题,Java中的队列实现大多数不是线程安全的,如果需要在多线程环境中使用,可能需要用ConcurrentLinkedQueue或者BlockingQueue接口的实现类,比如ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue。特别是BlockingQueue,在生产者-消费者模型中很常用,支持阻塞操作。 用户可能需要知道队列的应用场景,比如任务调度、缓冲处理、BFS算法等。比如在广度优先搜索中,队列用来存储待访问的节点,按照访问顺序处理。 可能还需要比较一下Queue和其他数据结构,比如Stack是后进先出,而Deque是双端队列,支持两端操作,既可以当队列也可以当栈用。 有没有什么需要注意的地方?比如使用PriorityQueue的时候,元素要么实现Comparable接口,要么在构造时提供Comparator,否则会抛出ClassCastException。另外,队列的迭代顺序,特别是PriorityQueue的迭代顺序不一定按优先级排列,只有poll或者peek的时候才能保证。 可能还需要给出一些简单的代码示例,展示如何使用Queue的基本方法。比如用LinkedList实例化队列,添加元素,然后poll出来,检查队头元素等等。 总结一下,回答的结构应该是先介绍Queue的概念,然后主要实现类,常用方法,区别,线程安全的替代方案,应用场景,以及示例代码。这样用户就能有一个全面的了解。</think>好的!以下是关于 **Java Queue(队列)** 的详细介绍: --- ### **1. 队列的基本概念** - **队列(Queue)** 是一种 **先进先出(FIFO, First-In-First-Out)** 的线性数据结构。 - 元素从队列尾部(`rear`)添加,从队列头部(`front`)移除。 - 常用于需要按顺序处理数据的场景,如任务调度、缓冲处理、广度优先搜索(BFS)等。 --- ### **2. Java 中的 `Queue` 接口** - `Queue` 是 Java 集合框架(`java.util` 包)中的一个接口,继承自 `Collection` 接口。 - 常用实现类: - **`LinkedList`**:基于链表实现,支持快速插入和删除。 - **`PriorityQueue`**:基于优先级堆,元素按自然顺序或自定义顺序排序。 - **`ArrayDeque`**:基于数组实现的双端队列(也可作为普通队列使用,性能优于 `LinkedList`)。 --- ### **3. 核心方法** | 方法 | 描述 | |---------------------|----------------------------------------------------------------------| | `add(E e)` | 添加元素到队尾,失败时抛出异常(如容量限制)。 | | `offer(E e)` | 添加元素到队尾,失败时返回 `false`(推荐使用)。 | | `remove()` | 移除并返回队头元素,队列为空时抛出异常。 | | `poll()` | 移除并返回队头元素,队列为空时返回 `null`(推荐使用)。 | | `element()` | 返回队头元素但不移除,队列为空时抛出异常。 | | `peek()` | 返回队头元素但不移除,队列为空时返回 `null`(推荐使用)。 | --- ### **4. 使用示例** #### 示例 1:`LinkedList` 实现队列 ```java Queue<String> queue = new LinkedList<>(); queue.offer("A"); // 入队 queue.offer("B"); System.out.println(queue.poll()); // 出队:输出 "A" System.out.println(queue.peek()); // 查看队头:输出 "B" ``` #### 示例 2:`PriorityQueue` 优先级队列 ```java Queue<Integer> pq = new PriorityQueue<>(); pq.offer(5); pq.offer(1); pq.offer(3); while (!pq.isEmpty()) { System.out.println(pq.poll()); // 输出 1, 3, 5(按升序出队) } ``` --- ### **5. 线程安全队列** - 标准 `Queue` 实现(如 `LinkedList`、`PriorityQueue`)**不是线程安全的**。 - 多线程环境下可选择: - **`ConcurrentLinkedQueue`**:基于链表的无界非阻塞队列。 - **`BlockingQueue` 的实现类**(如 `ArrayBlockingQueue`、`LinkedBlockingQueue`):支持阻塞操作,常用于生产者-消费者模型。 --- ### **6. 队列的应用场景** 1. **任务调度**:按顺序处理异步任务。 2. **缓冲处理**:作为缓冲区平衡生产者和消费者的速度差异。 3. **广度优先搜索(BFS)**:按层级遍历树或图结构。 4. **消息队列**:在分布式系统中传递消息(需结合中间件如 RabbitMQ、Kafka)。 --- ### **7. 注意事项** - **`PriorityQueue`** 的元素需要实现 `Comparable` 接口,或在构造时传入 `Comparator`。 - **双端队列**需求可考虑 `Deque` 接口(如 `ArrayDeque`),支持两端操作。 --- 希望这份介绍能帮助你理解 Java 中的队列!如果有具体场景或更深入的问题,欢迎进一步提问~ 😊
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