优化队列实现：顺序、循环与并发，深度解析-优快云博客

队列概念可以理解为一堆人排队买票，先来的先买，后来的排在后面，不允许插队。也就是先进先出，这就是队列。

上一篇栈中，我们学到，栈只有2个操作，入栈和出栈。队列也只有2个操作，入队和出队。

入队：放一个数据到队列尾部
出队：从队列头部拿出一个数据。

一、顺序队列和链式队列

队列和栈一样，既可以用数组实现，也可以用链表来实现。用数组实现的队列叫顺序队列，用链表实现的队列叫链式队列。

顺序队列的实现：

// 用数组实现的队列
public class ArrayQueue {
  // 数组：items，数组大小：n
  private String[] items;
  private int n = 0;
  // head表示队头下标，tail表示队尾下标
  private int head = 0;
  private int tail = 0;

  // 申请一个大小为capacity的数组
  public ArrayQueue(int capacity) {
    items = new String[capacity];
    n = capacity;
  }


   // 入队操作，将item放入队尾
  public boolean enqueue(String item) {
    // tail == n表示队列末尾没有空间了
    if (tail == n) {
      // tail ==n && head==0，表示整个队列都占满了
      if (head == 0) return false;
      // 数据搬移
      for (int i = head; i < tail; ++i) {
        items[i-head] = items[i];
      }
      // 搬移完之后重新更新head和tail
      tail -= head;
      head = 0;
    }
    
    items[tail] = item;
    ++tail;
    return true;
  }

  // 出队
  public String dequeue() {
    // 如果head == tail 表示队列为空
    if (head == tail) return null;
    // 为了让其他语言的同学看的更加明确，把--操作放到单独一行来写了
    String ret = items[head];
    ++head;
    return ret;
  }
}

这个实现中，一共有2个变量，用来标记数据的头和尾。当数组满后，无法入队。当数组后半部分满了之后，我们入队的时候，需要将数据移动到数组的左边，然后重新修改head和tail。使得数组可以继续入队。

二、循环队列

上面的操作中，当tail==数组的大小n，但是head并不等于0 的时候，我们进行了数据的迁移，这样入队操作的性能肯定会有影响，我们可以用循环队列来解决这个问题。

如图：原本数组是有头有尾的，如果我们能让tail到达7的时候，再有数据入队的时候，tail=0，那么就不需要数据的迁移，而能够继续插入数据了。

循环队列的实现难度在于如何判定队列空和队列满。

队列为空的条件仍然是tail == head。队列满的时候，有一个规律：（tail+1）%n = head。

按下图就是（3+1）%8 = 4

为了判断队列满，我们需要浪费一个存储空间：


public class CircularQueue {
  // 数组：items，数组大小：n
  private String[] items;
  private int n = 0;
  // head表示队头下标，tail表示队尾下标
  private int head = 0;
  private int tail = 0;

  // 申请一个大小为capacity的数组
  public CircularQueue(int capacity) {
    items = new String[capacity];
    n = capacity;
  }

  // 入队
  public boolean enqueue(String item) {
    // 队列满了
    if ((tail + 1) % n == head) return false;
    items[tail] = item;
    tail = (tail + 1) % n;
    return true;
  }

  // 出队
  public String dequeue() {
    // 如果head == tail 表示队列为空
    if (head == tail) return null;
    String ret = items[head];
    head = (head + 1) % n;
    return ret;
  }
}