一、队列(Queue)
队列是一种特殊的线性表,它只允许在表的前段(front)进行删除操作,只允许在表的后端(rear)进行插入操作。进行插入操作的端称为队尾,进行删除操作的端称为队头。
对于一个队列来说,每个元素总是从队列的rear端进入队列,然后等待该元素之前的所有元素出队之后,当前元素才能出对,遵循先进先出(FIFO)原则。
如果队列中不包含任何元素,该队列就被称为空队列。
Java提供了一个Queue接口,并为该接口提供了众多的实现类:ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue、PriorityQueue、ConcurrentLinkedQueue和SynchronousQueue。
其中常用的是:ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue和CurrentLinkedQueue,它们都是线程安全的队列。LinkedBlockingQueue队列的吞吐量通常比ArrayBlockingQueue队列高,但在大多数并发应用程序中,LinkedBlockingQueue的性能要低。
除了LinkedBlockingQueue队列之外,JDK还提供了另外一种链队列ConcurrentLinkedQueue,它基于一种先进的、无等待(wait-free)队列算法实现。
二、顺序队列存储结构的实现
package com.ietree.basic.datastructure.queue; import java.util.Arrays; /**
* Created by ietree
* 2017/4/29
*/
public class SequenceQueue<T> { private int DEFAULT_SIZE = 10;
// 保存数组的长度
private int capacity;
// 定义一个数组用于保存顺序队列的元素
private Object[] elementData;
// 保存顺序队列中元素的当前个数
private int front = 0;
private int rear = 0; // 以默认数组长度创建空顺序队列
public SequenceQueue() { capacity = DEFAULT_SIZE;
elementData = new Object[capacity]; } // 以一个初始化元素来创建顺序队列
public SequenceQueue(T element) { this();
elementData[0] = element;
rear++; } /**
* 以指定长度的数组来创建顺序线性表
*
* @param element 指定顺序队列中第一个元素
* @param initSize 指定顺序队列底层数组的长度
*/
public SequenceQueue(T element, int initSize) { this.capacity = initSize;
elementData = new Object[capacity];
elementData[0] = element;
rear++;
} /**
* 获取顺序队列的大小
*
* @return 顺序队列的大小值
*/
public int length() { return rear - front; } /**
* 插入队列
*
* @param element 入队列的元素
*/
public void add(T element) { if (rear > capacity - 1) {
throw new IndexOutOfBoundsException("队列已满异常");
}
elementData[rear++] = element; } /**
* 移除队列
*
* @return 出队列的元素
*/
public T remove() { if (empty()) {
throw new IndexOutOfBoundsException("空队列异常");
} // 保留队列的rear端的元素的值
T oldValue = (T) elementData[front];
// 释放队列顶元素
elementData[front++] = null;
return oldValue; } // 返回队列顶元素,但不删除队列顶元素
public T element() { if (empty()) {
throw new IndexOutOfBoundsException("空队列异常");
}
return (T) elementData[front]; } // 判断顺序队列是否为空
public boolean empty() { return rear == front; } // 清空顺序队列
public void clear() { // 将底层数组所有元素赋值为null
Arrays.fill(elementData, null);
front = 0;
rear = 0; } public String toString() { if (empty()) { return "[]"; } else { StringBuilder sb = new StringBuilder("[");
for (int i = front; i < rear; i++) {
sb.append(elementData[i].toString() + ", ");
}
int len = sb.length();
return sb.delete(len - 2, len).append("]").toString();
} } }
测试类:
package com.ietree.basic.datastructure.queue; /**
* Created by ietree
* 2017/4/30
*/
public class SequenceQueueTest { public static void main(String[] args) { SequenceQueue<String> queue = new SequenceQueue<String>();
// 依次将4个元素加入到队列中
queue.add("aaaa");
queue.add("bbbb");
queue.add("cccc");
queue.add("dddd");
System.out.println(queue); System.out.println("访问队列的front端元素:" + queue.element()); System.out.println("第一次弹出队列的front端元素:" + queue.remove()); System.out.println("第二次弹出队列的front端元素:" + queue.remove()); System.out.println("两次remove之后的队列:" + queue);
} }
程序输出:
[dddd, cccc, bbbb, aaaa]
访问栈顶元素:dddd
第一次弹出栈顶元素:dddd
第二次弹出栈顶元素:cccc
两次pop之后的栈:[bbbb, aaaa]
三、队列的链式存储结构实现
package com.ietree.basic.datastructure.queue; /**
* Created by ietree
* 2017/4/30
*/
public class LinkQueue<T> { // 定义一个内部类Node,Node实例代表链队列的节点
private class Node { // 保存节点的数据
private T data;
// 指向下个节点的引用
private Node next; // 无参构造器
public Node() {
} // 初始化全部属性的构造器
public Node(T data, Node next) { this.data = data;
this.next = next; } } // 保存该链队列的头节点
private Node front;
// 保存该链队列的尾节点
private Node rear;
// 保存该链队列中已包含的节点数
private int size; // 创建空链队列
public LinkQueue() {
// 空链队列,front和rear的值都为null
front = null;
rear = null;
} // 以指定数据元素来创建链队列,该链队列只有一个元素
public LinkQueue(T element) { front = new Node(element, null);
// 只有一个节点,front、rear都是指向该节点
rear = front;
size++; } // 返回链队列的长度
public int length() { return size; } // 将新元素加入队列
public void add(T element) {
// 如果该链队列还是空链队列
if (front == null) {
front = new Node(element, null);
// 只有一个节点,front、rear都是指向该节点
rear = front;
} else {
// 创建新节点
Node newNode = new Node(element, null);
// 让尾节点的next指向新增的节点
rear.next = newNode;
rear = newNode;
}
size++;
} // 删除队列front端的元素
public T remove() { Node oldfront = front;
// 让front引用指向原队列顶元素的下一个元素
front = front.next;
// 释放原队列顶元素的next引用
oldfront.next = null;
size--;
return oldfront.data; } // 访问队列顶元素,但不删除队列顶元素
public T element() { return rear.data; } // 判断链队列是否为空队列
public boolean empty() { return size == 0; } // 请空链队列
public void clear() {
// 将front、rear两个节点赋为null
front = null;
rear = null;
size = 0;
} public String toString() { // 链队列为空队列时
if (empty()) {
return "[]";
} else {
StringBuilder sb = new StringBuilder("[");
for (Node current = front; current != null; current = current.next) {
sb.append(current.data.toString() + ", ");
}
int len = sb.length();
return sb.delete(len - 2, len).append("]").toString();
} } }
测试类:
package com.ietree.basic.datastructure.queue; /**
* Created by ietree
* 2017/4/30
*/
public class LinkQueueTest { public static void main(String[] args) { LinkQueue<String> queue = new LinkQueue<String>("aaaa");
// 依次将4个元素加入到队列中
queue.add("bbbb");
queue.add("cccc");
queue.add("dddd");
System.out.println(queue); // 删除一个元素后
queue.remove();
System.out.println("删除一个元素后的队列:" + queue); // 再添加一个元素
queue.add("eeee");
System.out.println("再次添加元素后的队列:" + queue); } }
程序输出:
[aaaa, bbbb, cccc, dddd]
删除一个元素后的队列:[bbbb, cccc, dddd]
再次添加元素后的队列:[bbbb, cccc, dddd, eeee]