队列知识总结

最新推荐文章于 2023-09-12 07:00:00 发布

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#java #Java队列

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栈（Stack）和队列（Queue）的相同点和不同点是什么？如何用两个栈实现队列（入队和出队）？

相同点：
- 栈和队列都属于线性表
- 栈和队列插入操作都是限定在线性表的头尾进行
- 栈和队列插入和删除的时间复杂度是O(1)
不同点：
- 特性不同，栈先进后出（LIFO，Last In First Out）；队列先进先出（FIFO，First In First Out）
- 栈知识表的一端进行插入和删除操作，队列是在表的一端插入，另一端删除
- Java的栈（Stack）继承自 Vector，再往上的接口是 List/Collection；队列（Queue）直接继承自Collection接口

栈实现队列：

/**
 * 两个栈组成队列
 */
public class StackQueue<E> {
    //入队操作的栈
    private Stack<E> stack1 =new Stack<>();
    //出队操作的栈
    private Stack<E> stack2 =new Stack<>();


    /**
     * 压入队列元素，只使用stack1
     * @param element
     */
    public void push(E element) {
        stack1.add(element);
    }

    /**
     * 取出队列顶部元素
     * @return
     */
    public E poll() {
        // stack2的数据为空时，才把stack1中的元素压入stack2（两种情况：1、初始化时两个栈的数据均为空；2、stack2数据出栈出完了
        if (stack2.isEmpty()) {
            while (stack1.size() > 0) {
                stack2.add(stack1.pop());
            }
        }
        //stack1的数据出栈完成后，stack2仍然为空，说明两个栈的数据都为空
        if (stack2.isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("queue is Empty!");
        }
        E head = stack2.pop();
        return head;
    }
}

队列实现栈：

class MyStack {

    Queue<Integer> queue;
    
    /** Initialize your data structure here. */
    public MyStack() {
        queue = new LinkedList<>();
    }
    
    /** Push element x onto stack. */
    public void push(int x) {
        queue.add(x);
        for (int i = 1; i < queue.size(); i++) {
            queue.add(queue.remove());
        }
    }
    
    /** Removes the element on top of the stack and returns that element. */
    public int pop() {
        return queue.poll();
    }
    
    /** Get the top element. */
    public int top() {
        return queue.peek();
    }
    
    /** Returns whether the stack is empty. */
    public boolean empty() {
        return queue.size() == 0;
    }

}

栈和队列都属于线性表（linear list），而线性表是 n 个具有相同特性的数据元素的有限序列

Queue及常用子类可分三类：

图片描述

双端队列（Deque）：头部和尾部都支持插入和获取
阻塞队列（BlockingQueue）：在元素的添加/删除操作时，如果没有成功，会阻塞等待执行。例如：当添加元素时，如果队列元素已满，队列会阻塞等待直到有空位时再插入
非阻塞队列（Non BlockingQueue）：在元素的添加/删除操作时，如果没有成功，会直接返回操作的结果（通常双端队列也属于非阻塞队列）
常见的Queue的特性：
- PriorityBlockingQueue：带优先级的无界阻塞队列，元素按优先级顺序被移除，而不是先进先出队列（FIFO)。此外，队列中的元素要具有比较能力（用于判定优先级）。PriorityBlockingQueue 不允许 null 元素
- DelayQueue：存放 Delayed 元素的无界阻塞队列，只有在延迟期满时才能从中提取元素。该队列的头部是延迟期满后保存时间最长的 Delayed 元素。如果延迟都还没有期满，则队列没有头部，DelayQueue 不允许使用 null 元素
- SynchronousQueue：同步阻塞队列，它的每个插入操作都要等待其他线程相应的移除操作，反之亦然。它的一个典型应用场景是 Executors.newCachedThreadPool () ，在新任务到来时创建新的线程，如果有空闲线程则会重复使用，SynchronousQueue 不允许 null 元素