Java中的队列

队列

1. 基本概念

队列的特性就是先进先出 ( FIFO )

1.1 队列的基本认识

队列是 线性表，有两种存储方式: 数组 / 链表

队列按照：

①、单向队列（Queue）：只能在一端插入数据，另一端删除数据。

②、双向队列（Deque）：每一端都可以进行插入数据和删除数据操作。

1.2 顺序队列的实现

顺序队列是基于数组实现的，针对于队列的操作主要有以下几个

（1）插入（2）删除（3）查找元素（4）队列长度（5）是否为空、

具体实现:

1. 插入操作: 我们首先要先判断当前队列是否已满，如果满了直接返回。接下来得到当前元素的位置。最后插入元素，再移动位置。

2. 删除操作: 与插入操作类似，首先要先判断当前队列是否为空，如不为空再移动指针（这里不是指针，指的是指向当前元素位置的标志），删除元素。
   

3. 判断当前元素是否为空: 和是否已满类似，只需要判断当前队列的元素数量。

4. 扩容:

1.3 链式队列的实现

链式队列与顺序队列不同，每个节点不仅保存当前元素的值，还有指向下一个元素的指针。

public class QueueNode<Item>{
    // 当前存的内容
    Item item;
    // 指向下个元素的指针
    QueueNode next;
}

1.3.1 链式队列入队和出队的操作:

（a）空队列 （b）X入队 （c）y入队 （d）x出队

从上面的操作我们可以看到，实现上面的操作我们需要实现下面的代码

（1）一个指向FIFO头节点的指针

（2）一个指向FIFO尾节点的指针

（3）一个记录节点数的Int变量

（4）判断当前队列是否为空

（5）队列的大小

（6）入队和出队操作

（7）遍历

OK。有了上面的这些操作之后，下面给出一个完整的代码

1.4 队列循环队列

为什么要有这个队列，我们先要考虑一个问题，也就是我们的队列弹出一个元素，那么这个空间将不能使用。这就是假溢出问题：

为了解决这个问题所以才出现了一个新的队列-循环队列

有了循环队列的基本实现，我们思考一个问题，在之前我们可以根据rear直接得到当前队列是否为空和是否已满。那么在循环队列里面还可以这样嘛？当然不可以，我们需要考虑front和rear的位置关系来判断。我们看下面两种情况：

1. 一种是队列为空的时候，front和rear都指向同一个位置。
2. 一种是队列已满的时候，front和rear指向的元素紧邻。

我们可以使用下面的公式来判断

---

我们代码实现一下循环队列

然后是接口的实现:

2. 常用方法的区分

​ 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

最后，我们有阻塞操作put和take。put方法在队列满时阻塞，take方法在队列空时阻塞。

2.1 offer，add 区别：

一些队列有大小限制，因此如果想在一个满的队列中加入一个新项，多出的项就会被拒绝。

这时新的 offer 方法就可以起作用了。它不是对调用 add() 方法抛出一个 unchecked 异常，而只是得到由 offer() 返回的 false。

2.2 poll，remove 区别：

remove()和 poll() 方法都是从队列中删除第一个元素。

remove() 的行为与 Collection 接口的版本相似， **但是新的 poll() 方法在用空集合调用时不是抛出异常，****只是返回 null。**因此新的方法更适合容易出现异常条件的情况。

2.3 element，peek区别：

element() 和 peek() 用于在队列的头部查询元素。

与 remove() 方法类似，在队列为空时， element() 抛出一个异常，而 peek() 返回 null。

Java中的队列

Queue： 基本上，一个队列就是一个先入先出（FIFO）的数据结构

Queue接口与List、Set同一级别，都是继承了Collection接口。LinkedList实现了Deque接 口。

Queue的实现

没有实现的阻塞接口的

​ LinkedList： 实现了java.util.Queue接口和java.util.AbstractQueue接口，LinkedList实现了Deque接口。

内置的不阻塞队列： PriorityQueue 和 ConcurrentLinkedQueue
　　PriorityQueue 和 ConcurrentLinkedQueue 类在 Collection Framework 中加入两个具体集合实现。
　　PriorityQueue 类实质上维护了一个有序列表。加入到 Queue 中的元素根据它们的天然排序（通过其 java.util.Comparable 实现）或者根据传递给构造函数的 java.util.Comparator 实现来定位。
　　ConcurrentLinkedQueue 是基于链接节点的、线程安全的队列。并发访问不需要同步。因为它在队列的尾部添加元素并从头部删除它们，所以只要不需要知道队列的大 小，　　　　 　　ConcurrentLinkedQueue 对公共集合的共享访问就可以工作得很好。收集关于队列大小的信息会很慢，需要遍历队列。

实现阻塞接口的：

java.util.concurrent 中加入了 BlockingQueue 接口和五个阻塞队列类。它实质上就是一种带有一点扭曲的 FIFO 数据结构。不是立即从队列中添加或者删除元素，线程执行操作阻塞，直到有空间或者元素可用。
五个队列所提供的各有不同：
　　* ArrayBlockingQueue ：一个由数组支持的有界队列。
　　* LinkedBlockingQueue ：一个由链接节点支持的可选有界队列。
　　* PriorityBlockingQueue ：一个由优先级堆支持的无界优先级队列。
　　* DelayQueue ：一个由优先级堆支持的、基于时间的调度队列。
　　* SynchronousQueue ：一个利用 BlockingQueue 接口的简单聚集（rendezvous）机制。

LinkedBlockingQueue的容量是没有上限的（说的不准确，在不指定时容量为Integer.MAX_VALUE，不要然的话在put时怎么会受阻呢），但是也可以选择指定其最大容量，它是基于链表的队列，此队列按 FIFO（先进先出）排序元素。

ArrayBlockingQueue在构造时需要指定容量， 并可以选择是否需要公平性，如果公平参数被设置true，等待时间最长的线程会优先得到处理（其实就是通过将ReentrantLock设置为true来 达到这种公平性的：即等待时间最长的线程会先操作）。通常，公平性会使你在性能上付出代价，只有在的确非常需要的时候再使用它。它是基于数组的阻塞循环队 列，此队列按 FIFO（先进先出）原则对元素进行排序。

PriorityBlockingQueue是一个带优先级的 队列，而不是先进先出队列。元素按优先级顺序被移除，该队列也没有上限（看了一下源码，PriorityBlockingQueue是对 PriorityQueue的再次包装，是基于堆数据结构的，而PriorityQueue是没有容量限制的，与ArrayList一样，所以在优先阻塞 队列上put时是不会受阻的。虽然此队列逻辑上是无界的，但是由于资源被耗尽，所以试图执行添加操作可能会导致 OutOfMemoryError），但是如果队列为空，那么取元素的操作take就会阻塞，所以它的检索操作take是受阻的。另外，往入该队列中的元 素要具有比较能力。

DelayQueue（基于PriorityQueue来实现的）是一个存放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，并且poll将返回null。当一个元素的 getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS) 方法返回一个小于或等于零的值时，则出现期满，poll就以移除这个元素了。此队列不允许使用 null 元素。

元 素要具有比较能力。

DelayQueue（基于PriorityQueue来实现的）是一个存放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，并且poll将返回null。当一个元素的 getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS) 方法返回一个小于或等于零的值时，则出现期满，poll就以移除这个元素了。此队列不允许使用 null 元素。