一、概述
隊列，又稱為佇列（queue），是先進先出（FIFO, First-In-First-Out）的線性表。在具體應用中通常用鏈表或者數組來實現。隊列只允許在后端（稱為rear）進行插入操作，在前端（稱為front）進行刪除操作。隊列的操作方式和堆棧類似，唯一的區別在於隊列只允許新數據在后端進行添加。
在Java中隊列又可以分為兩個大類，一種是阻塞隊列和非阻塞隊列。
1、沒有實現阻塞接口：
1）實現java.util.Queue的LinkList,
2）實現java.util.AbstractQueue接口內置的不阻塞隊列： PriorityQueue 和 ConcurrentLinkedQueue
2、實現阻塞接口的
java.util.concurrent 中加入了 BlockingQueue 接口和五個阻塞隊列類。它實質上就是一種帶有一點扭曲的 FIFO 數據結構。不是立即從隊列中添加或者刪除元素，線程執行操作阻塞，直到有空間或者元素可用。
五個隊列所提供的各有不同：
* ArrayBlockingQueue ：一個由數組支持的有界隊列。
* LinkedBlockingQueue ：一個由鏈接節點支持的可選有界隊列。
* PriorityBlockingQueue ：一個由優先級堆支持的無界優先級隊列。
* DelayQueue ：一個由優先級堆支持的、基於時間的調度隊列。
* SynchronousQueue ：一個利用 BlockingQueue 接口的簡單聚集（rendezvous）機制。
隊列是Java中常用的數據結構，比如在線程池中就是用到了隊列，比如消息隊列等。
由隊列先入先出的特性，我們知道隊列數據的存儲結構可以兩種，一種是基於數組實現的，另一種則是基於單鏈實現。前者在創建的時候就已經確定了數組的長度，所以隊列的長度是固定的，但是可以循環使用數組，所以這種隊列也可以稱之為循環隊列。后者實現的隊列內部通過指針指向形成一個隊列，這種隊列是單向且長度不固定，所以也稱之為非循環隊列。下面我將使用兩種方式分別實現隊列。
二、基於數組實現循環隊列
由於在往隊列中放數據或拉取數據的時候需要移動數組對應的下標，所以需要記錄一下隊尾和隊頭的位置。說一下幾個核心的屬性吧：
1、queue：隊列，object類型的數組，用於存儲數據，長度固定，當存儲的數據數量大於數組當度則拋出異常；
2、head：隊頭指針，int類型，用於記錄隊列頭部的位置信息。
3、tail：隊尾指針，int類型，用於記錄隊列尾部的位置信息。
4、size：隊列長度，隊列長度大於等於0或者小於等於數組長度。
/** * 隊列管道，當管道中存放的數據大於隊列的長度時將不會再offer數據，直至從隊列中poll數據后 */ private Object[] queue; //隊列的頭部，獲取數據時總是從頭部獲取 private int head; //隊列尾部，push數據時總是從尾部添加 private int tail; //隊列長度 private int size; //數組中能存放數據的最大容量 private final static int MAX_CAPACITY = 1<<30; //數組長度 private int capacity; //最大下標 private int maxIndex;
三、數據結構
圖中，紅色部分即為隊列的長度，數組的長度為16。因為這個隊列是循環隊列，所以隊列的頭部不一定要在隊列尾部前面，只要隊列的長度不大於數組的長度就可以了。
四、構造方法
1、MyQueue(int initialCapacity)：創建一個最大長度為 initialCapacity的隊列。
2、MyQueue():創建一個默認最大長度的隊列，默認長度為16；
public MyQueue(int initialCapacity){ if (initialCapacity > MAX_CAPACITY) throw new OutOfMemoryError("initialCapacity too large"); if (initialCapacity <= 0) throw new IndexOutOfBoundsException("initialCapacity must be more than zero"); queue = new Object[initialCapacity]; capacity = initialCapacity; maxIndex = initialCapacity - 1; head = tail = -1; size = 0; } public MyQueue(){ queue = new Object[16]; capacity = 16; head = tail = -1; size = 0; maxIndex = 15; }
五、往隊列添加數據
添加數據時，首先判斷隊列的長度是否超出了數組的長度，如果超出了就添加失敗（也可以設置成等待，等到有人消費了隊列里的數據，然后再添加進去）。都是從隊列的尾部添加數據的，添加完數據后tail指針也會相應自增1。具體實現如一下代碼：
/** * 往隊列尾部添加數據 * @param object 數據 */ public void offer(Object object){ if (size >= capacity){ System.out.println("queue's size more than or equal to array's capacity"); return; } if (++tail > maxIndex){ tail = 0; } queue[tail] = object; size++; }
六、向隊列中拉取數據
拉取數據是從隊列頭部拉取的，拉取完之后將該元素刪除，隊列的長度減一，head自增1。代碼如下：
/** * 從隊列頭部拉出數據 * @return 返回隊列的第一個數據 */ public Object poll(){ if (size <= 0){ System.out.println("the queue is null"); return null; } if (++head > maxIndex){ head = 0; } size--; Object old = queue[head]; queue[head] = null; return old; }
七、其他方法
1、查看數據：這個方法跟拉取數據一樣都是獲取到隊列頭部的數據，區別是該方法不會將對頭數據刪除：
/** * 查看第一個數據 * @return */ public Object peek(){ return queue[head]; }
2、清空隊列：
/** * 清空隊列 */ public void clear(){ for (int i = 0; i < queue.length; i++) { queue[i] = null; } tail = head = -1; size = 0; }
完整的代碼如下：
/** * 隊列 */ public class MyQueue { /** * 隊列管道，當管道中存放的數據大於隊列的長度時將不會再offer數據，直至從隊列中poll數據后 */ private Object[] queue; //隊列的頭部，獲取數據時總是從頭部獲取 private int head; //隊列尾部，push數據時總是從尾部添加 private int tail; //隊列長度 private int size; //數組中能存放數據的最大容量 private final static int MAX_CAPACITY = 1<<30; //數組長度 private int capacity; //最大下標 private int maxIndex; public MyQueue(int initialCapacity){ if (initialCapacity > MAX_CAPACITY) throw new OutOfMemoryError("initialCapacity too large"); if (initialCapacity <= 0) throw new IndexOutOfBoundsException("initialCapacity must be more than zero"); queue = new Object[initialCapacity]; capacity = initialCapacity; maxIndex = initialCapacity - 1; head = tail = -1; size = 0; } public MyQueue(){ queue = new Object[16]; capacity = 16; head = tail = -1; size = 0; maxIndex = 15; } /** * 往隊列尾部添加數據 * @param object 數據 */ public void offer(Object object){ if (size >= capacity){ System.out.println("queue's size more than or equal to array's capacity"); return; } if (++tail > maxIndex){ tail = 0; } queue[tail] = object; size++; } /** * 從隊列頭部拉出數據 * @return 返回隊列的第一個數據 */ public Object poll(){ if (size <= 0){ System.out.println("the queue is null"); return null; } if (++head > maxIndex){ head = 0; } size--; Object old = queue[head]; queue[head] = null; return old; } /** * 查看第一個數據 * @return */ public Object peek(){ return queue[head]; } /** * 隊列中存儲的數據量 * @return */ public int size(){ return size; } /** * 隊列是否為空 * @return */ public boolean isEmpty(){ return size == 0; } /** * 清空隊列 */ public void clear(){ for (int i = 0; i < queue.length; i++) { queue[i] = null; } tail = head = -1; size = 0; } @Override public String toString() { if (size <= 0) return "{}"; StringBuilder builder = new StringBuilder(size + 8); builder.append("{"); int h = head; int count = 0; while (count < size){ if (++h > maxIndex) h = 0; builder.append(queue[h]); builder.append(", "); count++; } return builder.substring(0,builder.length()-2) + "}"; } }
八、總結：
1、該隊列為非線程安全的，在多線程環境中可能會發生數據丟失等問題。
2、隊列通過移動指針來確定數組下標的位置，因為是基於數組實現的，所以隊列的長度不能夠超過數組的長度。
3、該隊列是循環隊列，這就意味着數組可以重復被使用，避免了重復創建對象帶來的性能的開銷。
4、添加數據時總是從隊列尾部添加，拉取數據時總是從隊列頭部拉取，拉取完將對象元素刪除。
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