java队列有哪些

本文主要介绍Java中的队列接口,Queue是基础接口,其包含BlockingQueue和Deque等子接口。详细阐述了PriorityQueue、ConcurrentLinkedQueue等多种队列的特点、结构和使用场景,如PriorityQueue用于排序输出,DelayQueue可用于缓存系统设计和定时任务调度等。

java中队列接口是Queue。

它的子接口中包含两大类BlockingQueue阻塞队列Deque双端队列,主要的继承结构如下:

一、Queue队列接口

1、PriorityQueue优先级队列

实现了Queue接口,不允许放入null元素;其通过堆实现,具体说是通过完全二叉树实现的小顶堆

属于线程不安全队列,所以Java提供了PriorityBlockingQueue(实现BlockingQueue接口)用于java多线程环境

使用场景:主要用于排序输出(例如入队一些元素,出队时按从小到大或从大到小输出)

2、ConcurrentLinkedQueue并发链表队列

无锁结构

ConcurrentLinkedQueue是一个基于链接节点的无界线程安全队列,它采用先进先出的规则对节点进行排序,当我们添加一个元素的时候,它会添加到队列的尾部,当我们获取一个元素时,它会返回队列头部的元素。

ConcurrentLinkedQueue 是单向链表结构的无界并发队列。元素操作按照 FIFO (first-in-first-out 先入先出) 的顺序。适合“单生产,多消费”的场景。

使用场景:在并发的时候使用,多用于消息队列

二、Deque双端队列接口

1、ArrayDeque数组双端队列

是Deque接口的一个实现,使用了可变数组,所以没有容量上的限制。
同时,ArrayDeque是线程不安全的,在没有外部同步的情况下,不能再多线程环境下使用。
ArrayDeque是Deque的实现类,可以作为栈来使用,效率高于Stack;
也可以作为队列来使用,效率高于LinkedList。
需要注意的是,ArrayDeque不支持null值。

2、LinkedList

不用多说了吧。LinkedList既可以看作一个顺序容器,又可以看作一个队列(Queue),同时又可以看作一个stack栈

3、ConcurrentLinkedDeque并发链表双端队列

ConcurrentLinkedDeque 是双向链表结构的无界并发队列。与 ConcurrentLinkedQueue 的区别是该阻塞队列同时支持FIFO和FILO两种操作方式,即可以从队列的头和尾同时操作(插入/删除)。适合“多生产,多消费”的场景。

三、BlockingQueue阻塞队列

1、ArrayBlockingQueue数组阻塞队列

基于数组结构的有界阻塞队列,规定大小的BlockingQueue,其构造函数必须带一个int参数来指明其大小。其所含的对象是以FIFO(先入先出)顺序排序的

2、LinkedBlockingQueue链表阻塞队列

基于链表结构的阻塞队列,大小不定的BlockingQueue,若其构造函数带一个规定大小的参数,生成的BlockingQueue有大小限制,若不带大小参数,所生成的BlockingQueue的大小由Integer.MAX_VALUE来决定。其所含的对象是以FIFO顺序排序的,吞吐量通常要高于ArrayBlockingQueue

3、PriorityBlockingQueue优先级阻塞队列

具有优先级的无限阻塞队列,内部是堆结构,类似于LinkedBlockingQueue,但其所含对象的排序不是FIFO,而是依据对象的自然排序顺序或者是构造函数所带的Comparator决定的顺序

4、SynchronousQueue同步阻塞队列

不存储元素的阻塞队列,对其的操作必须是放和取交替完成的,每个插入操作必须等到另一个线程调用移除操作,否则插入操作一直处于阻塞状态,吞吐量通常要高于LinkedBlockingQueue。

这种特性类似于Exchanger。和Exchanger不同的是,使用SynchronousQueue可以在两个线程中传递同一个对象。一个线程放对象,另外一个线程取对象。

5、DelayQueue延迟队列

支持延时的优先级的无界的阻塞队列,内部是堆结构

特点:

  1. DelayQueue是一个无界阻塞队列,队列内部使用PriorityQueue来实现。
  2. 进入队列的元素必须实现Delayed接口,在创建元素时可以指定多久才能从队列中获取当前元素,只有在延迟期满时才能从中提取元素;
  3. 该队列头部是延迟期满后保存时间最长的Delayed元素;
  4. 如果没有延迟未过期元素,且队列没有头部,并且poll将返回null;
  5. 当一个元素的getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS)方法返回一个小于等于0的值时,表示该元素已过期;
  6. 无法使用poll或take移除未到期的元素,也不会将这些元素作为正常元素对待;例如:size方法返回到期和未到期元素的计数之和。
  7. 此队列不允许使用null元素。

使用应用场景:

  1. 缓存系统的设计:可以用DelayQueue保存缓存元素的有效期,使用一个线程循环查询DelayQueue,一旦能从DelayQueue中获取元素时,表示缓存有效期到了。
  2. 定时任务调度。使用DelayQueue保存当天将会执行的任务和执行时间,一旦从DelayQueue中获取到任务就开始执行,从比如TimerQueue就是使用DelayQueue实现的。

四、BlockingDeque阻塞双端队列

兼具阻塞和双端队列的特性的队列

1、LinkedBlockingDeque链表阻塞双端队列

五、TransferQueue传输队列

TransferQueue(java7引入)继承了BlockingQueue(BlockingQueue又继承了Queue)并扩展了一些新方法。生产者会一直阻塞直到所添加到队列的元素被某一个消费者所消费(不仅仅是添加到队列里就完事)。

1、LinkedTransferQueue链表传输队列(无锁结构)

队列可以创建生产者和消费者程序并协调消息从生产者传输到消费者。

该实现类似于BlockingQueue类,但其可以实现反压形式传输,即当生产者利用transfer()方法发送消息给消费者时,生产者将一直被阻塞,直到消息被使用为止。

<think>首先,用户的问题是:“我想了解Java队列的主要方法 请问Java Queue接口常用方法介绍”。我需要基于提供的引用内容来回答,因为系统指令说“参考站内引用”,并给出了几个引用。 引用内容总结: - [^1]: Java Queue接口是先进先出(FIFO)的数据结构,继承自Collection接口。提供添加、移除、检查队列状态的方法。 - [^2]: Queue接口在java.utils包下,用于保存按FIFO顺序处理的元素。它是一个有序对象列表,只允许在末尾插入和开头删除。 - [^3]: Queue接口代表队列,是一种先进先出的数据结构。提供了多种方法操作队列元素。 - [^4]: 详细列出了Queue接口的常用方法: - `boolean add(E e)`: 插入元素到尾部,如果队列满则抛出IllegalStateException。 - `boolean offer(E e)`: 插入元素到尾部,如果队列满则返回false。 - `E remove()`: 移除并返回头部元素,如果空则抛出NoSuchElementException。 - `E poll()`: 移除并返回头部元素,如果空则返回null。 - `E element()`: 返回但不移除头部元素,如果空则抛出NoSuchElementException。 - `E peek()`: 返回但不移除头部元素,如果空则返回null。 我的回答需要: - 使用中文回答。 - 结构清晰,逐步解决问题。 - 保证回答真实可靠(基于引用)。 - 在引用的段落末尾自然地添加引用标识,如[^1]。 - 生成相关问题(在回答末尾添加“§§相关问题§§”部分)。 - 遵循系统级指令:行内数学表达式用$...$,独立公式用$$...$$,但在这个问题中,可能不需要数学表达式,因为主题是Java队列方法。 回答结构: 1. **介绍Queue接口**:简要解释什么是Queue接口,基于引用。 2. **常用方法介绍**:详细列出并解释每个常用方法,基于引用[^4]。 3. **自然添加引用**:在解释方法时或段落末尾添加引用标识。 4. **生成相关问题**:在结尾添加“§§相关问题§§”部分,列出相关问题。 确保回答真实可靠:我依赖于提供的引用内容,不需要外部知识。 最终回答格式: - 以中文回答。 - 清晰的结构:可能用标题或分段。 - 末尾添加相关问题。 生成相关问题: - 基于用户问题,相关问题应该围绕Queue接口的更多细节,如实现类、使用场景、比较等。 - 例如: 1. Queue接口有哪些常用实现类? 2. 如何在Java中使用队列? 3. Queue与Deque有什么区别? 4. 队列在并发编程中的应用? 5. 如何选择不同的Queue实现? 参考用户问题和引用: - 用户问“Java Queue接口常用方法介绍”,所以相关问题可以扩展到这个主题。</think>### Java Queue 接口常用方法介绍 Java 中的 `Queue` 接口是 Java 集合框架的重要组成部分,它定义了一种先进先出(FIFO, First-In-First-Out)的数据结构,用于存储和管理元素。`Queue` 接口继承自 `Collection` 接口,位于 `java.util` 包中,主要用于在队列的末尾插入元素,在队列的开头删除元素[^1][^2][^3]。队列是一种特殊的线性表,适用于需要按顺序处理元素的场景,如任务调度或消息传递。 下面我将详细介绍 `Queue` 接口的常用方法,这些方法基于接口定义,并适用于其实现类(如 `LinkedList`、`ArrayDeque` 等)。方法分为两类:**添加元素**、**移除元素** 和 **检查元素**。所有方法都遵循 FIFO 原则,确保队列操作的一致性[^4]。 #### 1. 添加元素的方法 - **`boolean add(E e)`**:将指定元素插入队列的尾部。如果队列已满(例如在容量受限的实现中),此方法会抛出 `IllegalStateException` 异常。适合在队列容量充足时使用,确保元素被添加[^4]。 - **`boolean offer(E e)`**:同样将元素插入队列尾部,但更安全。如果队列已满,此方法返回 `false` 而不抛出异常。推荐在需要处理满队列场景时使用,如实时系统中[^4]。 #### 2. 移除元素的方法 - **`E remove()`**:检索并删除队列头部的元素(即最先添加的元素)。如果队列为空,此方法会抛出 `NoSuchElementException` 异常。适用于必须确保队列非空的场景[^4]。 - **`E poll()`**:检索并删除队列头部元素,但更健壮。如果队列为空,此方法返回 `null` 而不抛出异常。常用于循环处理或避免程序中断的情况[^4]。 #### 3. 检查元素的方法(不移除) - **`E element()`**:检索但不删除队列头部的元素。如果队列为空,会抛出 `NoSuchElementException` 异常。适合在需要查看下一个处理元素时使用[^4]。 - **`E peek()`**:检索但不删除队列头部元素,更安全。如果队列为空,返回 `null`。推荐用于监控队列状态或避免异常的代码中[^4]。 #### 使用示例 以下是一个简单的 Java 代码示例,展示如何使用这些方法操作队列: ```java import java.util.LinkedList; import java.util.Queue; public class QueueExample { public static void main(String[] args) { Queue<String> queue = new LinkedList<>(); // 使用LinkedList实现Queue // 添加元素 queue.add("First"); // 添加元素到尾部 queue.offer("Second"); // 安全添加 // 检查元素 System.out.println("头部元素: " + queue.peek()); // 输出: First (不移除) // 移除元素 System.out.println("移除元素: " + queue.poll()); // 输出: First (移除) System.out.println("移除后头部: " + queue.element()); // 输出: Second (不移除) } } ``` 在这个示例中,我们使用 `LinkedList` 作为 `Queue` 的实现。添加元素时,`add` 和 `offer` 确保元素按 FIFO 顺序插入;移除时,`poll` 安全地删除头部元素;检查时,`peek` 避免异常。队列操作的时间复杂度通常为 $O(1)$,取决于具体实现[^3][^4]。 ### 总结 `Queue` 接口的核心方法包括 `add`/`offer`(添加)、`remove`/`poll`(移除)和 `element`/`peek`(检查),它们提供了灵活的操作方式来处理 FIFO 数据结构。选择方法时,考虑异常处理需求:`add`、`remove` 和 `element` 在出错时抛出异常,而 `offer`、`poll` 和 `peek` 更安全,返回特殊值[^4]。这些方法广泛应用于多线程、事件驱动系统和算法中,如广度优先搜索(BFS),其中队列用于管理待处理节点[^3]。
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