一文详解「队列」，手撸队列的3种方法！

作者 | 王磊

来源 | Java中文社群（ID：javacn666）

转载请联系授权（微信ID：GG_Stone）

本文已收录至我的 Github《算法图解》系列：https://github.com/vipstone/algorithm

前面我们介绍了栈（Stack），队列和栈是比较像的一种数据结构。我们可以想象有很多辆汽车正在通过单行道的隧道，所有车辆不能插队、不能掉头，先进来的车也先出去，我们可以把这种特征的数据结构称之为队列。

队列也属于逻辑结构，所谓的物理结构是指可以将数据存储在物理空间中，比如数组和链表都属于物理数据结构；而逻辑结构则是用于描述数据间的逻辑关系的，它可以由多种不同的物理结构来实现，比如队列和栈都属于逻辑结构。

队列特性

队列中的元素必须是先进先出（First In First Out，FIFO）的，它有两个重要的方法：入队（enqueue）和出队（dequeue）。队列的入口端叫队尾（rear），出口端叫队头（front），如下图所示：

手撸队列

学习了队列的基本知识之后，接下来我们将使用代码来实现一个队列。

首先我们先使用数组来实现一个队列，它的结构如下图所示：

1.自定义队列—数组

public class MyQueue<E> {private Object[] queue; // 存储容器private int head; // 头部指针private int tail; // 尾部指针private int size; // 队列实际存储长度private int maxSize; // 最大容量public MyQueue() {// 无参构造函数，设置默认参数this.maxSize = 10;this.head = 0;this.tail = -1;this.size = 0;this.queue = new Object[this.maxSize];}public MyQueue(int initSize) {// 有参构造函数，设置参数this.maxSize = initSize;this.head = 0;this.tail = -1;this.size = 0;this.queue = new Object[this.maxSize];}/*** 查询队头元素*/public E peek() throws Exception {if (size == 0) {throw new Exception("队列中暂无数据");}return (E) this.queue[this.head];}/*** 入列*/public boolean offer(E e) throws Exception {if (tail >= (maxSize - 1)) {throw new Exception("添加失败，队列已满");}this.queue[++tail] = e;size++;return true;}/*** 出列*/public E poll() throws Exception {if (size == 0) {throw new Exception("删除失败，队列为空");}size--;return (E) this.queue[head++];}/*** 代码测试*/public static void main(String[] args) throws Exception {MyQueue queue = new MyQueue();queue.offer("Hello");queue.offer("Java");System.out.println(queue.peek());queue.poll();System.out.println(queue.poll());}
}

以上代码的执行结果如下：

Hello
Java

2.自定义队列—链表

用链表实现队列的数据结构如下图所示：

实现代码如下：

public class QueueByLinked {/*** 声明链表节点*/static class Node<E> {E item; // 当前的值Node<E> next; // 下一个节点Node(E e) {this.item = e;}}private Node firstNode; // 队头元素private Node lastNode; // 队尾元素private int size; // 队列实际存储数量private int maxSize; // 队列最大容量public QueueByLinked(int maxSize) {if (maxSize <= 0) throw new RuntimeException("队列最大容量不能为空");// 默认初始化函数firstNode = lastNode = new Node(null);this.size = 0;this.maxSize = maxSize;}/*** 判断队列是否为空*/public boolean isEmpty() {return size == 0;}/*** 入列*/public void offer(Object e) {// 最大值效验if (maxSize <= size) throw new RuntimeException("队列已满");Node node = new Node(e);lastNode = lastNode.next = node; // 设置最后一个节点和倒数第二个节点的 nextsize++; // 队列数量 +1}/*** 出列*/public Node poll() {if (isEmpty()) throw new RuntimeException("队列为空");size--; // 队列数量 -1return firstNode = firstNode.next; // 设置并返回队头元素（第一个节点是 null，当前元素则为 Node.next）}/*** 查询队头元素*/public Node peek() {if (isEmpty()) throw new RuntimeException("队列为空");return firstNode.next;  // 返回队头元素（第一个节点是 null，当前元素则为 Node.next）}/*** 代码测试*/public static void main(String[] args) {QueueByLinked queue = new QueueByLinked(10);queue.offer("Hello");queue.offer("JDK");queue.offer("Java");System.out.println(queue.poll().item);System.out.println(queue.poll().item);System.out.println(queue.poll().item);}
}

以上代码的执行结果如下：

Hello
JDK
Java

3.扩展：使用 List 实现自定义队列

除了以上两种方式之外，我们还可以使用 Java 自身的数据结构来实现队列，比如 List，我们这里提供一个实现的思路（但并不建议在实际工作中使用），实现代码如下：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;/*** 自定义队列（List方式）*/
public class QueueByList<E> {private List value; // 队列存储容器public QueueByList() {// 初始化value = new ArrayList();}/*** 判断队列是否为空*/public boolean isEmpty() {return value.size() == 0;}/*** 入列*/public void offer(Object e) {value.add(e);}/*** 出列*/public E poll() {if (isEmpty()) throw new RuntimeException("队列为空");E item = (E) value.get(0);value.remove(0);return item;}/*** 查询队头元素*/public E peek() {if (isEmpty()) throw new RuntimeException("队列为空");return (E) value.get(0);}/*** 代码测试*/public static void main(String[] args) {QueueByList queue = new QueueByList();queue.offer("Hello");queue.offer("JDK");queue.offer("Java");System.out.println(queue.poll());System.out.println(queue.poll());System.out.println(queue.poll());}
}

以上代码的执行结果如下：