經典數據結構系列之：隊列的應用

1、前言

數據結構，是計算機編程中對數據存儲最基本的操作，不同的數據結構適用不同的業務場景。如今大部分情況都是調用開發API封裝好的類庫，直接調用，幾乎不需要程序員再去深究其中背后實現的邏輯，大大簡化和減低了對程序員的要求。正是這種，知其然而不知其所以然，導致很多程序員缺乏對於底層結構的了解，分不清楚不同數據結構之間的性能差異，導致出現很多系統性能問題。

2、原理推導

隊列的應用，隊列是一種特殊的線性表，在隊列尾部一端插入數據或在隊列頭部一端刪除數據，遵循"先進先出"（FIFO）原則。

隊列在具體的應用過程中又分為循環隊列，雙端隊列，優先級隊列。這里以循環隊列為例，實現隊列簡單的插入和移除操作。

#說明

循環隊列，是隊列中如果有移除操作，為了避免隊列存儲有空位，卻不能插入新數據項的問題，讓尾部的指針重新回到數組開始的位置存儲，這就是循環隊列，也稱為緩沖環。

3、代碼示例

# 循環隊列的基本操作

public class BaseQueue {

    /**
     * 存放隊列數組
     */
    private int [] queueArray;
    /**
     * 隊列起始索引位置
     */
    private int frontIndex;
    /**
     * 隊列結束索引位置
     */
    private int endIndex;
    /**
     * 隊列中元素數量
     */
    private int sumTotal;

    public BaseQueue(int length){
        queueArray = new int[length];
        frontIndex = 0;
        endIndex = -1;
        sumTotal = 0;
    }

    /**
     * 數據循環插入隊列
     * @param data
     */
    public void insertQueue(int data){

        // 如果隊列中有移除操作，為了避免隊列不滿，讓尾部指針回到數組開始位置，形成循環隊列，節省隊列空間
        if (endIndex == queueArray.length - 1){
            endIndex = -1;
        }
        endIndex++;

        queueArray[endIndex] = data;
        sumTotal++;

        // 如果隊列計數值大於隊列實際長度，則重置隊列計數值
        if (sumTotal > queueArray.length){
            sumTotal = queueArray.length;
        }
    }

    /**
     * 移除隊列中的數據
     * @return
     */
    public int removeQueue(){
        // 如果隊列中沒有數據，直接返回，不需移除操作
        if (sumTotal == 0){
            return 0;
        }

        //清空隊列當前索引的數據
        int data = queueArray[frontIndex];
        queueArray[frontIndex] = 0;

        // 如果隊列中已經是最后一個數，則單獨再執行移除操作
        if (frontIndex == queueArray.length - 1){
            frontIndex = 0;
        }

        frontIndex++; // 每一次移除操作，索引位置往后移位
        sumTotal--; // 每一次移除操作，隊列中總數遞減

    return data;
    }

    /**
     * 查看當前索引位置數據
     * @return
     */
    public int peekFront(){
        return queueArray[frontIndex];
    }

    /**
     * 打印隊列中的所以數據
     */
    public void printQueue(){
        System.out.println("-----思維的持續-----");
        for (int data:queueArray){
            System.out.println(data);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        BaseQueue baseQueue = new BaseQueue(5);
        baseQueue.insertQueue(3);
        baseQueue.insertQueue(4);
        baseQueue.insertQueue(5);
        baseQueue.insertQueue(6);
        baseQueue.insertQueue(7);
        baseQueue.printQueue();

        int result1 = baseQueue.peekFront();
        System.out.println("-----result1-----"+result1);

        baseQueue.removeQueue();
        int result2 = baseQueue.removeQueue();
        System.out.println("-----result2-----"+result2);
        baseQueue.printQueue();

        baseQueue.insertQueue(8);
        baseQueue.insertQueue(9);
        baseQueue.printQueue();
    }
}

4、禪定時刻

隊列的應用，主要是利用先入先出的特性，解決一些具體業務場景比如多系統之間消息通知，訂單處理，日志系統等，涉及到需要異步處理，應用解耦，流量削鋒和消息通訊四個場景。

作者簡介

思維的持續，一個真的有思想，不穿格子襯衫的程序員。