java中的队列 【Queue】

本文通过实例讲解如何利用二叉树的最大深度问题,展示了如何使用Java的LinkedList实现Queue,并结合递归算法求解树的深度。重点介绍了remove/poll和element/peek方法在队列操作中的作用。

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  • Queue,一种特殊的线性表,仅允许在表的前端进行删除,在表的后端进行插入
  • LinkedList类实现了Queue接口,因此可将LinkedList当成Queue用
  • 队列除了基本的Collection操作还提供额外的插入、提取和检查操作,每个方法都以两种方式存在,一种在操作失败时抛出异常,另一种则返回一个特殊的值(null/false)
  • remove和poll移除并返回队列的头
  • element 和 peek返回队列的头但并不进行移除
    在这里插入图片描述

使用示例:

  1. 二叉树的最大深度
    给定一个二叉树,找出其最大深度。
    二叉树的深度为根节点到最远叶子节点的最长路径上的节点数。
    说明: 叶子节点是指没有子节点的节点。
    示例:
    给定二叉树 [3,9,20,null,null,15,7],
    3
    /
    9 20
    /
    15 7
    返回它的最大深度 3 。

 // Definition for a binary tree node.
public class TreeNode {
    int val;
    TreeNode left;
    TreeNode right;
    TreeNode() {}
    TreeNode(int val) { this.val = val; }
    TreeNode(int val, TreeNode left, TreeNode right) {
        this.val = val;
        this.left = left;
        this.right = right;
    }
}

class Solution {
    public int maxDepth(TreeNode root) {
        if( root == null ){ return 0; }
        
        Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<>();
        queue.offer(root);
        int res = 0;
        while(!queue.isEmpty()){
            int levelSize = queue.size();
            for(int i = 0 ; i < levelSize ;i++){
                TreeNode node = queue.poll();
                if(node.left != null){
                    queue.offer(node.left);
                }
                if(node.right != null){
                    queue.offer(node.right);
                }
            }
            res++;
        }
    return res;

    }
}

<think>嗯,用户想了解Java中的Queue接口及其实现类的使用教程和示例。首先,我需要整理Queue的基础知识,包括它的定义和核心方法。记得要分点说明,比如添加元素、移除元素、检查元素等操作的不同方法。 接下来,要介绍常见的实现类,比如LinkedList和PriorityQueue,还有ArrayDeque。需要分别说明它们的特点和适用场景。比如LinkedList作为双向链表实现的队列,支持FIFO,而PriorityQueue则是基于优先级的堆结构。 然后,用户可能需要具体的代码示例,这样他们可以直观地看到如何使用这些类。比如用LinkedList实现队列的基本操作,入队、出队、查看队首元素。同时,也要展示PriorityQueue的自然排序和自定义排序的例子,可能用Comparator来实现。 还要注意比较不同方法的区别,比如add和offer在队列满时的不同行为,remove和poll在队列空时的异常问题。这些细节对用户正确使用Queue接口很重要。 然后,应用场景部分需要举一些实际的例子,比如任务调度、消息队列、广度优先搜索等,这样用户知道在什么地方使用队列结构。 最后,生成相关问题的时候,要围绕Queue的实现类区别、线程安全、阻塞队列、遍历方法等,这些都是用户可能会进一步提问的方向。要确保引用正确的文献,比如用户提供的引用[1]、[2]、[3],这些资料提到了LinkedList和PriorityQueue,以及实现自定义队列的方法,需要在回答中适当引用。 检查一下是否符合之前的系统级指令,比如数学公式是否正确使用$...$,独立公式用$$...$$,但这里可能涉及较少数学内容。语法是否正确,使用中文回答,结构是否清晰。用户可能对队列的使用不太熟悉,所以示例代码要简洁明了,注释清楚。还要注意引用标识的位置,确保在相关段落末尾自然添加,比如提到LinkedList时引用[^1][^2][^3]。 可能需要确认JavaQueue的不同实现类的线程安全性,比如LinkedList不是线程安全的,而PriorityQueue也不是,但用户的问题中没有提到并发情况,所以可能不需要深入讨论,除非在应用场景部分提到需要线程安全时的解决方案,比如使用java.util.concurrent中的队列实现。 总之,回答要结构清晰,先介绍接口,再实现类,接着代码示例,最后应用场景,相关问题部分要覆盖用户可能感兴趣的方向。确保所有信息准确,引用正确,并且符合用户的要求。</think>### Java Queue接口及实现类详解 #### 一、Queue接口定义 QueueJava集合框架中定义的队列接口,遵循**先进先出(FIFO)**原则。其核心方法分为三类: 1. **添加元素** - `boolean add(E e)`: 队列未满时添加元素,否则抛出异常 - `boolean offer(E e)`: 安全添加元素,队列满时返回`false` 2. **移除元素** - `E remove()`: 移除并返回队首元素,空队列时抛出异常 - `E poll()`: 安全移除元素,空队列时返回`null` 3. **检查元素** - `E element()`: 查看队首元素,空队列时抛出异常 - `E peek()`: 安全查看元素,空队列时返回`null` #### 二、主要实现类 1. **LinkedList** - 基于双向链表实现,支持所有队列操作 - 允许`null`元素,非线程安全 - 示例: ```java Queue<String> queue = new LinkedList<>(); queue.offer("A"); queue.offer("B"); System.out.println(queue.poll()); // 输出A[^3] ``` 2. **PriorityQueue** - 基于优先级堆实现,元素按自然顺序或自定义`Comparator`排序 - 不允许`null`元素,非线程安全 - 示例(自定义排序): ```java Queue<Integer> pq = new PriorityQueue<>((a,b) -> b - a); pq.offer(3); pq.offer(1); System.out.println(pq.poll()); // 输出3 ``` 3. **ArrayDeque** - 基于可扩容数组实现的双端队列 - 比LinkedList更高效的内存访问模式 #### 三、应用场景 1. **任务调度系统**:处理异步任务请求 2. **消息队列**:实现生产者-消费者模式 3. **广度优先搜索**:存储待访问节点 4. **缓冲池管理**:控制资源访问顺序 ```java // 典型生产者-消费者示例 BlockingQueue<Message> queue = new LinkedBlockingQueue<>(); // 生产者线程 queue.put(new Message("data")); // 消费者线程 Message msg = queue.take(); ```
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