JAVA数据篇-队列Queue使用

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前言
一、队列使用：
二、队列元素的存入：
三、队列元素的取出：
三、队列数据实现类：
- - 非并发安全的队列：
  - 并发安全的队列：
总结

前言

在 Java 中，队列（Queue）是一种用于存储和管理元素的线性数据结构，遵循先进先出（FIFO）的原则，即最先进入队列的元素最先被取出。Java 中提供了多种队列的实现类，常用的包括 LinkedList、ArrayDeque 和 PriorityBlockingQueue 等。。

一、队列使用：

以下是 Java 中队列的基本操作示例：

// 创建队列对象：
Queue<Integer> queue = new LinkedList<>(); // 使用 LinkedList 实现队列
Queue<Integer> queue = new ArrayDeque<>(); // 使用 ArrayDeque 实现队列
Queue<Integer> queue = new PriorityBlockingQueue<>(); // 使用 PriorityBlockingQueue 实现优先级队列
//入队操作（添加元素到队列尾部）：
queue.offer(1); // 添加元素到队列尾部
queue.add(2);
queue.offer(3);
//出队操作（从队列头部取出元素）：
int element = queue.poll(); // 移除并返回队列头部元素
int element = queue.remove(); // 移除并返回队列头部元素，如果队列为空则抛出异常
int element = queue.peek(); // 返回队列头部元素但不移除，如果队列为空则返回 null
//判断队列是否为空：
boolean isEmpty = queue.isEmpty(); // 判断队列是否为空
//查看队列元素个数：
int size = queue.size(); // 查看队列中元素个数

队列的使用可以帮助解决很多实际问题，例如任务调度、消息队列、缓冲等。开发人员在编写应用程序时，可以根据具体场景选择合适的队列实现类，并运用队列的操作来实现所需的功能。

二、队列元素的存入：

在 Java 中，添加元素到队列中的方法主要有 add()、offer() 和 put()，它们都用于将元素添加到队列中，但在处理队列已满情况时有一些区别。

add() 方法：
- 语法：boolean add(E e)
- 功能：将指定元素添加到队列的尾部
- 特点：如果队列已满，直接调用 add() 方法会抛出 IllegalStateException 异常
offer() 方法：
- 语法：boolean offer(E e)
- 功能：将指定元素添加到队列的尾部
- 特点：如果队列已满，offer() 方法会返回 false，不会抛出异常
put() 方法：
- 语法：void put(E e) throws InterruptedException
- 功能：将指定元素添加到队列的尾部
- 特点：如果队列已满，put() 方法会阻塞当前线程，直到队列有足够的空间添加元素或者线程被中断，抛出 InterruptedException

总结：

add() 方法在队列已满时会直接抛出异常，不适合用于处理队列满的情况。
offer() 方法在队列已满时会返回 false，可以通过判断返回值来处理队列满的情况。
put() 方法在队列已满时会阻塞当前线程，适合用于处理队列满时的等待和阻塞情况，可以保证数据的插入成功。

开发人员根据具体的业务需求和处理逻辑，可以根据需要选择合适的方法来向队列中添加元素。如果需要避免出现队列满的情况导致异常，可以使用offer()方法并根据返回值来进行处理。如果需要确保数据一定会被插入，可以使用 put() 方法来实现阻塞等待。

三、队列元素的取出：

在 Java 中，取出队列元素的方法主要有 poll()、remove()、peek() 和 take()，它们用于从队列中获取并移除元素或者查看队列头部的元素，它们之间的区别如下：

poll() 方法：
- 语法：E poll()
- 功能：获取并移除队列头部的元素，如果队列为空则返回 null
- 特点：当队列为空时，返回 null，不会抛出异常
remove() 方法：
- 语法：E remove()
- 功能：获取并移除队列头部的元素，如果队列为空则抛出 NoSuchElementException 异常
- 特点：当队列为空时，会抛出异常
peek() 方法：
- 语法：E peek()
- 功能：查看但不移除队列头部的元素，如果队列为空则返回 null
- 特点：仅仅只是查看队首元素，并不对队首元素进行删除操作
take() 方法：
- 语法：E take() throws InterruptedException
- 功能：获取并移除队列头部的元素，如果队列为空会阻塞当前线程，直到有元素可以被取出或者线程被中断
- 特点：当队列为空时，会使当前线程进入阻塞状态，直到有元素可以被取出或者线程被中断

总结：

poll() 方法在队列为空时返回 null，无需处理异常。
remove() 方法在队列为空时会抛出异常，需要对异常进行处理。
peek() 方法用于查看队列头部元素但不移除，不会对队列产生影响。
take() 方法在队列为空时会阻塞当前线程，适用于需要等待队列有元素可取时。

根据具体业务需求和处理逻辑，开发人员可以选择合适的方法来从队列中取出元素。如果需要防止异常，可以使用poll()方法并根据返回值来进行处理。如果需要确保有元素可取后再进行操作，可以使用take()方法。

三、队列数据实现类：

在 Java 中，队列的实现类主要可以分为两类：非并发安全的队列和并发安全的队列。下面列举一些常见的队列实现类，并标注它们的并发安全性：

非并发安全的队列：

LinkedList: 非并发安全，适合用作普通队列但不适合在多线程环境下使用。
ArrayDeque: 非并发安全，同样适合用作普通队列但不适合在多线程环境下使用。
PriorityQueue: 非并发安全，不适合在多线程环境下使用。

并发安全的队列：

ArrayBlockingQueue：具有固定容量的有界阻塞队列，是并发安全的。
LinkedBlockingQueue：基于链表的阻塞队列，是并发安全的。
PriorityBlockingQueue：基于优先级堆的无界阻塞队列，是并发安全的。
ConcurrentLinkedQueue：基于非阻塞算法的无界队列，是并发安全的。
BlockingQueue、LinkedTransferQueue、LinkedBlockingDeque 等 java.util.concurrent 包中的队列都是并发安全的。

注意：虽然上述并发安全的队列实现类可以在多线程环境下安全使用，但在具体使用时仍需根据业务场景进行综合考虑和选择。

在多线程环境下，推荐使用 java.util.concurrent 包中提供的并发安全队列实现类，这些类已经考虑了线程安全性和高效性。如果在非多线程环境下使用队列，可以选择非并发安全的实现类，如 LinkedList 或 ArrayDeque。

总结

Java 中的队列 (Queue) 是一种先进先出 (FIFO) 的数据结构，用于存储元素并按照它们被添加的顺序进行访问。常用的队列实现类有 LinkedList、ArrayDeque、PriorityQueue 等，同时在 java.util.concurrent 包中还提供了多种并发安全的队列实现类。

以下是关于 Java 队列的总结：

队列是一种线性数据结构，支持在队尾插入元素，对头删除元素。
Queue 接口继承自 Collection 接口，定义了一系列操作队列的方法，如入队、出队、查看头元素等。
常用的队列实现类有 LinkedList、ArrayDeque、PriorityQueue 等，它们分别基于链表、数组和优先级堆实现。
LinkedList 和 ArrayDeque 是非并发安全的队列实现类，适合单线程操作。
PriorityQueue 是一个基于优先级堆的队列，元素可以按照自然顺序或自定义比较器进行排序。
java.util.concurrent 包中提供了一系列并发安全的队列实现类，如 ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue、ConcurrentLinkedQueue 等，适合在多线程环境下使用。
阻塞队列是一种特殊的队列，支持在队列满或空时阻塞等待元素的插入或获取，可通过 put()、take()、offer()、poll() 方法实现。
队列在多线程编程中经常被用来实现生产者消费者模式，通过队列来平衡生产者和消费者之间的速度差异。
总的来说，队列是一种常用的数据结构，在 Java 中有多种实现类及并发安全的实现类可供选择，开发人员可以根据具体需求选择适合的队列类来实现功能。队列在处理任务排队、数据传输等场景下具有重要作用，是编程中常用的数据结构之一。