Java中的队列

Java中的队列是一种基于FIFO(先入先出)原则的数据结构,如LinkedList和ArrayDeque实现了Queue和Deque接口。Queue主要提供size、add/offer、remove/poll、element/peek等方法,而Deque则允许在两端进行插入、删除和访问元素,扩展了Queue的功能。

1、队列的定义

队列:顾名思义,就像一个排队的列一样,排队要遵循的规则就是先来后到,所以队列就是一个先入先出(FIFO)的数据结构。这是一种特殊的线性表,遵循先入先出、后入后出的基本原则,一般来说,它只允许在表的前端进行删除操作,而在表的后端进行插入操作,但是Java的某些队列可以在任何地方插入删除,比如常用的 LinkedList 集合。

2、队列接口的继承图

队列主要分为阻塞和非阻塞,有界和无界、单向链表和双向链表之分;
队列接口的继承关系

在这里插入图片描述
图二参考

3、Queue

Queue<Integer> queue = new LinkedList<>(); // LinkedList实现了Queue接口
方法描述
int size()获取队列长度
boolean add(E)/boolean offer(E)添加元素到队尾
E remove()/E poll()获取队首元素并从队列中删除
E element()/E peek()获取队首元素但并不从队列中删除

remove()poll() 的区别:如果队列为空,remove会报异常NoSuchElementException,poll返回null。

element()peek() 的区别:如果队列为空,element会报异常NoSuchElementException,peek返回null。

4、Deque

// Deque 实现
// 可以从两端进行插入、取出、删除数据
Deque<Integer> queue = new ArrayDeque<>();
/ Deque 接口继承了 Queue 接口
// 所以 Queue 中的 add、poll、peek等效于 Deque 中的 addLast、pollFirst、peekFirst

DequeQueue的子类,可以把它当作队列来使用。Deque可以在两边都操作元素:新增、删除、访问元素等,而Queue 只能在队首 对元素进行操作。
Deque的方法

Java中的优先队列通常使用`PriorityQueue`类来实现,它是基于堆结构(默认是最小堆)的队列,以下是它的使用方法和特性: ### 使用方法 可以通过以下步骤使用`PriorityQueue`: 1. **导入包**:使用`PriorityQueue`需要导入`java.util.PriorityQueue`包。 2. **初始化优先队列**:创建`PriorityQueue`对象,可以指定初始容量。 3. **添加元素**:使用`offer()`方法将元素添加到队列中。 4. **获取元素**:使用`peek()`方法获取队列中优先级最高的元素(最小堆中为最小值)。 5. **删除元素**:使用`poll()`方法删除并返回队列中优先级最高的元素。 6. **清空队列**:使用`clear()`方法清空队列中的所有元素。 7. **检查队列是否为空**:使用`isEmpty()`方法检查队列是否为空。 以下是一个示例代码: ```java import java.util.PriorityQueue; public class Test { public static void main(String[] args) { // 初始化一个整数数组 int[] arr = {4, 1, 9, 2, 8, 0, 7, 3, 6, 5}; PriorityQueue<Integer> q = new PriorityQueue<>(arr.length); // 将数组中的元素添加到优先级队列中 for (int e : arr) { q.offer(e); } // 打印优先级队列中有效元素的个数 System.out.println(q.size()); // 获取并打印优先级队列中优先级最高的元素(即最小值,因为是最小堆) System.out.println(q.peek()); // 从优先级队列中删除两个元素 q.poll(); q.poll(); // 打印删除两个元素后,优先级队列中有效元素的个数 System.out.println(q.size()); // 获取并打印当前优先级最高的元素 System.out.println(q.peek()); // 向优先级队列中插入一个新的元素 q.offer(0); // 获取并打印插入新元素后的优先级最高的元素 System.out.println(q.peek()); // 清空优先级队列中的所有有效元素 q.clear(); // 检测优先级队列是否为空,并打印结果 if (q.isEmpty()) { System.out.println("优先级队列已经为空!!!"); } else { System.out.println("优先级队列不为空"); } } } ``` ### 特性 - **优先排序**:`PriorityQueue`会根据元素的自然顺序(或指定的比较器)对元素进行排序,每次取出的元素都是优先级最高的元素(默认是最小值)。 - **堆结构**:基于堆结构实现,插入和删除操作的时间复杂度为$O(log n)$,其中$n$是队列中元素的数量。 - **动态调整**:插入和删除操作可能会破坏堆的结构,因此每次操作后会自动调整堆结构,以保证队列的有序性。 - **允许重复元素**:`PriorityQueue`允许存储重复的元素。 - **不允许`null`元素**:`PriorityQueue`不允许插入`null`元素,否则会抛出`NullPointerException`异常。 - **非线程安全**:`PriorityQueue`是非线程安全的,如果需要在多线程环境中使用,可以考虑使用`PriorityBlockingQueue`。 ### 自定义比较器 如果需要使用自定义的排序规则,可以在创建`PriorityQueue`对象时传入一个比较器(`Comparator`)。例如,创建一个最大堆: ```java import java.util.Comparator; import java.util.PriorityQueue; public class MaxHeapExample { public static void main(String[] args) { PriorityQueue<Integer> maxHeap = new PriorityQueue<>(Comparator.reverseOrder()); maxHeap.offer(4); maxHeap.offer(1); maxHeap.offer(9); System.out.println(maxHeap.peek()); // 输出 9 } } ```
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