java中queue的使用

本文详细介绍了Java中的队列数据结构及其在多线程环境中的应用,特别是阻塞队列的工作原理和常见操作方法。

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Queue接口与List、Set同一级别,都是继承了Collection接口。LinkedList实现了Queue接 口。Queue接口窄化了对LinkedList的方法的访问权限(即在方法中的参数类型如果是Queue时,就完全只能访问Queue接口所定义的方法 了,而不能直接访问 LinkedList的非Queue的方法),以使得只有恰当的方法才可以使用。BlockingQueue 继承了Queue接口。

 

队列是一种数据结构.它有两个基本操作:在队列尾部加人一个元素,和从队列头部移除一个元素就是说,队列以一种先进先出的方式管理数据,如果你试图向一个 已经满了的阻塞队列中添加一个元素或者是从一个空的阻塞队列中移除一个元索,将导致线程阻塞.在多线程进行合作时,阻塞队列是很有用的工具。工作者线程可 以定期地把中间结果存到阻塞队列中而其他工作者线线程把中间结果取出并在将来修改它们。队列会自动平衡负载。如果第一个线程集运行得比第二个慢,则第二个 线程集在等待结果时就会阻塞。如果第一个线程集运行得快,那么它将等待第二个线程集赶上来。下表显示了jdk1.5中的阻塞队列的操作:

 

add        增加一个元索                     如果队列已满,则抛出一个IIIegaISlabEepeplian异常
remove   移除并返回队列头部的元素    如果队列为空,则抛出一个NoSuchElementException异常
element  返回队列头部的元素             如果队列为空,则抛出一个NoSuchElementException异常
offer       添加一个元素并返回true       如果队列已满,则返回false
poll         移除并返问队列头部的元素    如果队列为空,则返回null
peek       返回队列头部的元素             如果队列为空,则返回null
put         添加一个元素                      如果队列满,则阻塞
take        移除并返回队列头部的元素     如果队列为空,则阻塞

 

remove、element、offer 、poll、peek 其实是属于Queue接口。 

 

阻塞队列的操作可以根据它们的响应方式分为以下三类:aad、removee和element操作在你试图为一个已满的队列增加元素或从空队列取得元素时 抛出异常。当然,在多线程程序中,队列在任何时间都可能变成满的或空的,所以你可能想使用offer、poll、peek方法。这些方法在无法完成任务时 只是给出一个出错示而不会抛出异常。

 

注意:poll和peek方法出错进返回null。因此,向队列中插入null值是不合法的。

 

### Java Queue接口及其实现类详解 #### 定义与基本特性 Java中的`Queue`接口表示一种通常遵循先进先出(FIFO, First In First Out)原则的数据结构,尽管如此,某些特殊类型的队列可能采用不同的插入、提取或遍历顺序[^2]。此接口属于Java集合框架的一部分,并扩展了`Collection`接口。 #### 方法概览 为了支持队列特有的行为模式——即元素入队(enqueue)和出队(dequeue),以及访问但不移除头部元素的操作,`Queue`接口提供了一系列方法。这些方法可以分为两个类别:抛出异常的方式和返回特定值的方式来指示成功与否;还有另外一对仅尝试执行操作的方法,在失败的情况下它们不会改变队列的状态并立即返回特定位值[^1]。 #### 实现类介绍 ##### LinkedList 作为一个实现了`List`和`Deque`(双端队列)接口的具体类,`LinkedList`同样兼容于`Queue`接口的要求。这意味着它可以被当作普通的双向列表使用的同时也能充当标准的队列角色。由于内部采用了双向链接节点存储数据项的设计方案,使得频繁地在两端添加或者删除元素变得高效。 ```java // 使用LinkedList作为Queue的例子 import java.util.LinkedList; import java.util.Queue; public class Example { public static void main(String[] args){ Queue<String> queue = new LinkedList<>(); queue.offer("First"); queue.offer("Second"); System.out.println(queue.poll()); // 输出 "First" System.out.println(queue.peek()); // 输出 "Second" } } ``` ##### PriorityQueue 不同于传统的FIFO队列,`PriorityQueue`按照自然排序或是由构造时指定的比较器所决定的顺序来排列其元素。当调用`poll()`方法取出下一个待处理的对象时,总是会得到当前具有最高优先级的那个成员。值得注意的是,默认情况下如果未给出显式的比较逻辑,则对象需实现`Comparable`接口以便能够相互之间进行大小关系判断[^4]。 ```java // 使用PriorityQueue的例子 import java.util.PriorityQueue; import java.util.Comparator; class Task implements Comparable<Task>{ private String name; @Override public int compareTo(Task other){ return this.name.compareTo(other.getName()); } // getter and setter... } public class PriorityExample{ public static void main(String[] args){ PriorityQueue<Task> pq = new PriorityQueue<>(new Comparator<Task>() { @Override public int compare(Task t1, Task t2) { return Integer.compare(t1.getImportance(),t2.getImportance()); } }); pq.add(new Task("Task A", 3)); pq.add(new Task("Task B", 1)); while (!pq.isEmpty()){ System.out.println(pq.poll().getName()); } } } ``` ##### LinkedBlockingQueue 对于并发编程环境而言,`LinkedBlockingQueue`是一个非常实用的选择。它是基于链表构建而成的一种阻塞型队列形式,具备良好的线程安全性特征,非常适合应用于生产者-消费者问题以及其他涉及多线程协作的工作流之中[^3]。 ```java // 使用LinkedBlockingQueue的例子 import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue; public class BlockingQueueExample { public static void main(String[] args)throws InterruptedException{ LinkedBlockingQueue<Integer> lbq = new LinkedBlockingQueue<>(10); lbq.put(1); // 可能会被阻塞直到有间可用 System.out.println(lbq.take()); // 可能会被阻塞直到有元素可取 } } ```
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