Java中的常用队列

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目录

一 什么是队列 

java 队列接口继承图 

二 java队列分类

三 阻塞队列 

3.2.阻塞队列的特点

3.3.阻塞队列常用方法

4.3 常见的阻塞队列 

4.3.1 ArrayBlockingQueue

4.3.2 LinkedBlockingQueue

4.3.3 SynchronousQueue

4.4.4 PriorityBlockingQueue

4.4.5 DelayQueue

五 非阻塞队列

ConcurrentLinkedQueue

队列常用方法

有界和无界


一 什么是队列 

队列:只允许在一端进行插入数据操作,在另一端进行删除数据操作的特殊线性表,队列具有先进先出FIFO(First In First Out) 入队列:进行插入操作的一端称为队尾(Tail/Rear) 出队列:进行删除操作的一端称为队头(Head/Front)

java 队列接口继承图 

 

 

二 java队列分类

队列主要分为阻塞和非阻塞,有界和无界、单向链表和双向链表之分;

 

三 阻塞队列 

阻塞队列--BlockingQueue,它是一个接口

public interface BlockingQueue<E> extends Queue<E>
 

BlcokingQueue继承了Queue接口,是队列的一种,Queue和BlockingQueue都是在Java5中加入的,BlockingQueue是线程安全的,我们在很多场景下都可以利用线程安全的队列来优雅地解决我们业务自身的线程安全问题

Java提供的线程安全的队列 主要分为阻塞队列和非阻塞队列俩大类 

阻塞队列的典型例子就是BlockingQueue接口的实现类,主要有6种实现:ArrayBlcokingQueue,LinkedBlockingQueue,SynchronousQueue,DelayQueue,PriorityBlockingQueue和LinkedTransherQueue,它们各自有不同不同的特点。
非阻塞并发队列最典型的就是ConcurrentLinkedQueue,这个类不会让线程阻塞,利用CAS保证了线程安全。

3.2.阻塞队列的特点


阻塞队列的特点就是阻塞两个字,哈哈哈哈。像是废话。阻塞功能使得生产者和消费者两端的能力得以平衡,当有任何一端速度过快时,阻塞队列便会把过快的速度降下来。最重要的两个方法:take()和put();
take()
take方法的功能是获取并移除队列的头节点,通常在队列里有数据的时候是可以正常移除的,当队列里无数据,则阻塞,直到队列里面有数据。一旦有数据了,就立刻解除阻塞状态,并且获取到数据 put()
put方法插入元素时,如果队列没有满可以正常插入,如果队列满了,则阻塞,直到队列里面有了空闲空间,就会消除阻塞

<think>我们正在处理一个关于Java队列数据结构的问题。用户想知道如何在Java中定义和使用队列(Queue)数据结构,并请求示例。 根据系统指令,我们需要使用中文回答,并确保LaTeX格式正确(行内数学表达式用$...$,独立公式用$$...$$并单独成段)。同时,我们需要生成相关问题,并在回答中引用的段落末尾添加引用标识。 回顾用户的问题:用户想了解Java中如何定义队列(Queue)数据结构,并希望看到示例。 根据引用[1]和引用[2]: - 引用[1]提供了一个使用Queue接口的示例,以LinkedList作为实现类。它展示了如何创建队列对象、添加元素、获取头部元素、遍历、移除元素、获取队列大小以及判断队列是否为空。 - 引用[2]提到Queue是一个接口,底层使用链表实现(通常用LinkedList),并列出了一些常用方法:offer(入队列)、poll(出队列)、peek(获取队头元素)、size()、isEmpty()。 注意:在Java中,Queue是一个接口,不能直接实例化,需要选择具体的实现类,如LinkedList或ArrayDeque。 我们的回答应该包括: 1. 定义:解释Queue接口及其常用方法。 2. 使用步骤:如何导入包,如何实例化一个队列对象。 3. 示例代码:展示基本操作。 同时,我们还需要生成相关问题。 结构如下: 1. 介绍队列数据结构(先进先出,FIFO)。 2. 在Java中定义队列:使用Queue接口,并选择实现类(如LinkedList)。 3. 常用方法说明。 4. 示例代码(使用LinkedList实现)。 5. 生成相关问题。 注意:在代码块中,我们不需要使用LaTeX,但文本中的数学表达式需要(如无则不需要)。 由于问题中没有涉及数学表达式,所以我们主要关注代码和文字描述。 最后,在回答末尾添加引用标识(根据提供的引用内容)。 开始编写回答:</think>### Java队列(Queue)的定义与使用 队列(Queue)是一种**先进先出(FIFO)** 的线性数据结构Java通过`java.util.Queue`接口实现,常用实现类包括`LinkedList`和`ArrayDeque`。 #### 核心操作 1. **入队**:添加元素到队尾 - `offer(E e)`:推荐使用(返回布尔值) - `add(E e)`:可能抛出异常 2. **出队**:移除队首元素 - `poll()`:返回并移除元素(队列空时返回`null`) - `remove()`:队列空时抛出异常 3. **查看队首** - `peek()`:返回队首元素(不删除) - `element()`:队列空时抛出异常 #### 完整示例 ```java import java.util.LinkedList; import java.util.Queue; public class QueueDemo { public static void main(String[] args) { // 创建队列(LinkedList实现) Queue<String> queue = new LinkedList<>(); // 入队操作 queue.offer("Apple"); queue.add("Banana"); // 等效offer() queue.offer("Orange"); System.out.println("队列内容: " + queue); // 输出: [Apple, Banana, Orange] // 查看队首 System.out.println("队首元素: " + queue.peek()); // Apple // 出队操作 System.out.println("移除元素: " + queue.poll()); // Apple System.out.println("新队首: " + queue.element()); // Banana // 遍历队列 System.out.print("剩余元素: "); while (!queue.isEmpty()) { System.out.print(queue.poll() + " "); // Banana Orange } } } ``` #### 关键注意事项 1. **实现类选择**: - `LinkedList`:支持高效插入/删除($O(1)$时间复杂度)[^1] - `ArrayDeque`:数组实现,内存更紧凑 2. **线程安全**: - 非线程安全的实现可用`ConcurrentLinkedQueue` - 阻塞队列需用`BlockingQueue`实现类(如`LinkedBlockingQueue`) 3. **方法对比**: | 方法 | 行为 | 队列空时的表现 | |---|---|---| | `offer()` | 添加元素 | 返回`false` | | `add()` | 添加元素 | 抛出异常 | | `poll()` | 移除并返回 | 返回`null` | | `remove()` | 移除并返回 | 抛出异常 | > 队列的数学特性可表示为:若元素入队序列为$E = \\{e_1, e_2, \dots, e_n\\}$,则出队顺序为$e_1 \to e_2 \to \dots \to e_n$,满足$FIFO$原则[^2]。
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