Java基础 Queue 队列的基本使用介绍和案例

Java Queue队列使用与案例解析

原创于 2025-09-30 13:59:05 发布 · 994 阅读

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在Java中，Queue是一个接口，它继承自Collection接口，用于存储和操作元素的集合。Queue遵循先进先出（FIFO）原则，但某些实现可能有不同的顺序规则，例如优先队列（PriorityQueue）根据元素的优先级进行排序。

Queue接口常见方法

插入操作

boolean add(E e)：将指定元素插入此队列，如果成功则返回true。如果队列已满，则抛出IllegalStateException异常。
boolean offer(E e)：将指定元素插入此队列，如果成功则返回true。如果队列已满，则返回false。

移除操作

E remove()：检索并移除此队列的头元素。如果队列为空，则抛出NoSuchElementException异常。
E poll()：检索并移除此队列的头元素。如果队列为空，则返回null。

检查操作

E element()：检索但不移除此队列的头元素。如果队列为空，则抛出NoSuchElementException异常。
E peek()：检索但不移除此队列的头元素。如果队列为空，则返回null。

Queue的常见实现类

LinkedList：实现了Queue接口，可以作为队列使用。它支持在队列的两端进行插入和删除操作。
ArrayDeque：基于数组实现的双端队列，性能通常优于LinkedList。
PriorityQueue：基于堆实现的优先队列，元素按照自然顺序或自定义比较器排序。
LinkedBlockingQueue：基于链表实现的阻塞队列，适用于高并发场景。
ArrayBlockingQueue：基于数组实现的阻塞队列，适用于固定大小的队列。
ConcurrentLinkedQueue：基于链表实现的并发队列，适用于高并发场景。

使用场景

1. 广度优先搜索（BFS）

在图或树的广度优先搜索算法中，通常使用队列来存储待访问的节点。

2. 缓冲区

在生产者-消费者模型中，队列可以作为缓冲区，存储生产者产生的数据，供消费者消费。

3. 任务调度

在任务调度系统中，可以使用队列来存储待执行的任务，按照先进先出的顺序执行。

4. 并发编程

在多线程编程中，阻塞队列（如LinkedBlockingQueue）可以用于线程间的数据传递和同步。

5. 缓存系统

在缓存系统中，可以使用队列来实现LRU（最近最少使用）算法，维护缓存项的访问顺序。

示例代码

import java.util.*;

public class QueueExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 使用LinkedList作为队列
        Queue<String> queue = new LinkedList<>();
        
        // 插入元素
        queue.offer("A");
        queue.offer("B");
        queue.offer("C");
        
        // 查看队列头部元素
        System.out.println("队列头部元素: " + queue.peek()); // 输出: A
        
        // 移除并返回队列头部元素
        while (!queue.isEmpty()) {
            System.out.println("移除元素: " + queue.poll());
        }
        // 输出:
        // 移除元素: A
        // 移除元素: B
        // 移除元素: C
    }
}

注意事项

在使用Queue时，应根据具体需求选择合适的实现类。
对于可能为空的队列，建议使用offer()、poll()和peek()方法，以避免抛出异常。
在并发环境中，应使用线程安全的队列实现，如ConcurrentLinkedQueue或阻塞队列。
对于有界队列，当队列满时，add()方法会抛出异常，而offer()方法会返回false。

有界队列的概念

有界队列是指具有固定容量限制的队列实现。当队列中的元素数量达到其最大容量时，队列就"满了"，无法再接受新的元素。

队列成为有界队列的情况

固定容量初始化：
- 在创建队列时指定最大容量
- 例如 ArrayBlockingQueue 在构造时需要指定容量
内存限制：
- 系统内存不足导致无法分配更多空间
- JVM堆内存限制
设计约束：
- 为了控制资源使用而故意设置容量限制
- 防止队列无限增长导致内存溢出

常见的有界队列实现

ArrayBlockingQueue

// 创建容量为10的有界队列
ArrayBlockingQueue<String> queue = new ArrayBlockingQueue<>(10);

LinkedBlockingQueue

// 可以指定容量，不指定则为Integer.MAX_VALUE
LinkedBlockingQueue<String> boundedQueue = new LinkedBlockingQueue<>(100);

其他有界队列

ArrayBlockingQueue
LinkedBlockingQueue（可选有界）
PriorityBlockingQueue（逻辑上有界）
SynchronousQueue（容量为0）

队列满的表现

add()方法：抛出 IllegalStateException 异常
offer()方法：返回 false
put()方法：阻塞等待空间释放（仅限阻塞队列）

实际应用场景

生产者-消费者模式：控制缓冲区大小
资源池管理：限制同时处理的任务数
流量控制：防止系统过载
内存管理：避免无限制内存占用

以上部分内容由大模型生成，注意识别！