前言
这篇文章来和大家分享一下java集合框架与queue的使用.老话说,读书百遍其义自见.这是我第二次学习一些新的心得与理解.
一、java集合框架
- Java 集合框架是 Java 中用于存储和操作一组对象的体系，核心分为 Collection（单列集合）和Map（双列集合）
核心接口与分类
- Collection（单列集合）
- 是所有单列集合的根接口，定义了集合的基本操作（增删改查、遍历等）。
- 子接口：List（有序可重复）、Set（无序不可重复）、Queue（队列）。
- Map（双列集合）
- 存储键值对（Key-Value），Key 唯一、Value 可重复。
- 子接口：SortedMap（键有序）。
queue
- 在 Java 集合框架中，Queue（队列） 是继承自Collection的子接口，用于实现先进先出（FIFO） 的数据结构（部分实现类会打破 FIFO，如优先级队列）。它是处理 "按顺序排队" 场景的核心工具，比如任务调度、消息队列等。
- 一、核心特性
FIFO 原则：默认先入队的元素会先出队（部分实现类如PriorityQueue按优先级排序）。 - 双组操作方法：提供 "抛异常" 和 "返回特殊值" 两套方法，适配不同场景（如下表）。
- 可扩展：支持有界 / 无界队列，部分实现（如阻塞队列）支持多线程并发。
由于queue实现了linkedlist和arraylist的接口,可以使用他们两个来实现,不过一般是使用链表进行实现,下面也会手动实现一下~~
二、队列
- 在数据结构中，顺序表是用连续的存储单元存储元素的线性表，而 Java 中的ArrayList就是顺序表的具体实现，下面从数据结构方面介绍：
基本解释
- 队列（Queue）是一种先进先出 （FIFO, First In First Out） 的线性数据结构，它的操作遵循 "先进入队列的元素，先出队列" 的规则，就像日常生活中排队买票、排队结账的场景。
核心操作
队列的操作主要围绕队首（出队端）和队尾（入队端）展开，基本操作分为 4 类：
- 入队（Enqueue）：在队尾添加一个元素。
- 出队（Dequeue）：从队首移除并返回一个元素。
- 查看队首（Peek/Front）：返回队首元素，但不移除它。
- 判空 / 判满：判断队列是否为空，或是否已满（仅针对有界队列）。
队列的分类
根据不同的标准，队列可以分为多种类型：
我们主要是看一下按存储结构分
- 顺序队列：基于数组实现，通常会设计成循环队列来解决 "假溢出" 问题（即队尾到达数组末尾，但队首前方还有空闲空间）。
- 链式队列：基于链表实现，没有固定容量限制，元素入队时直接在链表尾部追加节点，出队时删除链表头部节点。
三、典型应用场景
任务调度：比如操作系统的进程调度、打印机的任务排队。
消息队列：分布式系统中，用于解耦生产者和消费者，削峰填谷。
广度优先搜索（BFS）：算法中常用队列存储待访问的节点，逐层遍历图或树。
缓存淘汰：部分缓存策略（如 FIFO 缓存）基于队列实现。
三、常用代码手动实现
- 这一部分的逻辑是较为简单的,小伙伴们如果是第一次接触,非常建议大家上手实现一下~
我就都分成一个一个小的代码块了 大家在学习的时候也可以分成基本成员变量 ,成员方法,**辅助方法(在成员方法中被调用的小方法)**进行学习
基本方法
java
// 节点类：存储数据和下一个节点的引用
class Node<E> {
E data;
Node<E> next;
public Node(E data) {
this.data = data;
this.next = null;
}
}
// 链表队列
public class LinkedQueue<E> {
// 队首指针（指向头节点）、队尾指针（指向尾节点）
private Node<E> front;
private Node<E> rear;
// 队列元素个数
private int size;
// 构造方法：初始化空队列
public LinkedQueue() {
this.front = null;
this.rear = null;
this.size = 0;
}
/**
* 入队：队尾添加元素
* @param e 要添加的元素
* @return 永远返回true（链表无界）
*/
public boolean offer(E e) {
Node<E> newNode = new Node<>(e);
if (isEmpty()) {
// 空队列时，头尾指针都指向新节点
front = newNode;
rear = newNode;
} else {
// 非空队列时，尾节点的next指向新节点，更新尾指针
rear.next = newNode;
rear = newNode;
}
size++;
return true;
}
/**
* 出队：移除并返回队首元素
* @return 队首元素，队空返回null
*/
public E poll() {
if (isEmpty()) {
return null;
}
// 取出队首数据
E value = front.data;
// 头指针后移
front = front.next;
size--;
// 如果队列为空，尾指针也要置空
if (isEmpty()) {
rear = null;
}
return value;
}
/**
* 查看队首元素（不移除）
* @return 队首元素，队空返回null
*/
public E peek() {
if (isEmpty()) {
return null;
}
return front.data;
}
// 判断队列是否为空
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
// 获取队列元素个数
public int size() {
return size;
}四、顺序表实现队列(环形队列)
-
上面我们是用链表的形式实现的,数组实现也是重要的形式,有着高效的查找能力等优点,不过我们要想通过顺序表的形式进行面临着两个直观的问题.
-
第一
一个数组在物理上不是圆形的,当一个存在元素的队列出队时,就会存在空间的浪费,我们在入队是不是简单的下表+1了.
实际上我们可以 "取模运算" 让下标 "循环移动"，把数组 "逻辑上变成环形"，避免出队后的空间浪费。比如
- 初始时front=0，rear=0（队空）。
- 入队 3 个元素后，rear=3（元素存在0、1、2下标）。
- 出队 1 个元素，front=1（此时0下标空了）。
- 再入队时，rear = (3+1) % 4 = 0（把新元素存到0下标，复用了出队空出的空间）。
-
第二
既然是环形的那怎样是满了呢,或者说如何标记队列满了?
实际上循环队列通过 "牺牲 1 个数组空间" 来区分 "队空" 和 "队满"：
- 队空条件：front == rear（头尾指针重合）。
- 队满条件：(rear + 1) % 数组长度 == front（尾指针的 "下一个位置" 是头指针）。
代码实现
java
public class CircularQueue<E> {
private final Object[] arr;
private int front; // 队首指针
private int rear; // 队尾指针
private final int len; // 数组长度（=实际可存元素数+1）
public CircularQueue(int maxSize) {
this.len = maxSize + 1; // 牺牲1个空间
this.arr = new Object[len];
this.front = 0;
this.rear = 0;
}
// 入队：复用空间（取模实现环形）
public boolean offer(E e) {
if ((rear + 1) % len == front) {
return false; // 队满
}
arr[rear] = e;
rear = (rear + 1) % len; // 循环移动下标
return true;
}
// 出队
@SuppressWarnings("unchecked")
public E poll() {
if (front == rear) {
return null; // 队空
}
E value = (E) arr[front];
front = (front + 1) % len; // 循环移动下标
return value;
}
}总结
- 到这里我的分享就先结束了~,希望对你有帮助
- 我是dylan 下次见~
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