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Java中常見隊(duì)列舉例詳解(非線程安全)

 更新時(shí)間:2025年06月09日 11:53:02   作者:m2442600094_  
隊(duì)列用于模擬隊(duì)列這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),隊(duì)列通常是指先進(jìn)先出的容器,這篇文章主要介紹了Java中常見隊(duì)列(非線程安全)的相關(guān)資料,文中通過代碼介紹的非常詳細(xì),需要的朋友可以參考下

一.隊(duì)列定義

在 Java 中,隊(duì)列(Queue) 是一種遵循 先進(jìn)先出(FIFO) 原則的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),可以通過 java.util.Queue 接口及其實(shí)現(xiàn)類來使用。

 二.常見接口

  • 添加元素

    • boolean add(E e): 添加元素,若隊(duì)列滿則拋出異常。

    • boolean offer(E e): 添加元素,隊(duì)列滿時(shí)返回 false

  • 移除元素

    • E remove(): 移除并返回隊(duì)首元素,隊(duì)列空時(shí)拋出異常。

    • E poll(): 移除并返回隊(duì)首元素,隊(duì)列空時(shí)返回 null。

  • 查看隊(duì)首元素

    • E element(): 返回隊(duì)首元素但不移除,隊(duì)列空時(shí)拋出異常。

    • E peek(): 返回隊(duì)首元素但不移除,隊(duì)列空時(shí)返回 null。

 三.常見實(shí)現(xiàn)類

3.1 ArrayDeque

3.1.1 實(shí)現(xiàn)原理

* 基于數(shù)組進(jìn)行實(shí)現(xiàn)
* 不允許添加null元素
* 在兩端插入和刪除元素的性能較好,時(shí)間復(fù)雜度為O(1)
* 沒有容量限制,會根據(jù)需要自動擴(kuò)容。

3.1.2 方法圖解 

3.1.3 demo代碼

public class ArrayDequeDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        ArrayDeque<Integer> deque = new ArrayDeque<>();
        for(int i = 7 ; i >=0 ; i--){
            deque.addFirst(i);
        }
        for (int i = 8 ; i < 15 ; i++){
            deque.addLast(i);
        }
        show(deque);
        deque.addLast(15);
        show(deque);
    }
    public static void show(ArrayDeque<Integer> deque) throws Exception{
        Field elements = ArrayDeque.class.getDeclaredField("elements");
        elements.setAccessible(true);
        System.out.println(JSONObject.toJSONString(elements.get(deque)));
        System.out.println(((Object[])( elements.get(deque))).length);
        Field head = ArrayDeque.class.getDeclaredField("head");
        head.setAccessible(true);
        System.out.println(JSONObject.toJSONString(head.get(deque)));
        Field tail = ArrayDeque.class.getDeclaredField("tail");
        tail.setAccessible(true);
        System.out.println(JSONObject.toJSONString(tail.get(deque)));
    }
}

3.2 LinkedList

3.1.1 實(shí)現(xiàn)原理

* 基于鏈表實(shí)現(xiàn)
* 允許添加null元素
* 在插入和刪除元素時(shí)性能較好,時(shí)間復(fù)雜度為O(1)

3.1.2 demo代碼

public class LinkedListDemo {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedList<Integer> queue = new LinkedList<>();
        for(int i = 0 ; i < 20 ; i++){
            queue.add((int)(Math.random()*1000));
            queue.addFirst(i);
            queue.addLast(i);
        }
        while (!queue.isEmpty()){
            System.out.println(queue.poll());
        }
        System.out.println(queue.poll());
    }
}

3.3 PriorityQueue

3.1.1 實(shí)現(xiàn)原理

* 基于二叉堆(通常是最小堆)實(shí)現(xiàn)

3.1.2 demo代碼

public class PriorityQueueDemo {
    public static void main(String[] args) {
        PriorityQueue<Integer> queue = new PriorityQueue<>(Integer::compareTo);
        for(int i = 0 ; i < 20 ; i++){
            queue.add((int)(Math.random()*1000));
        }
        while (!queue.isEmpty()){
            System.out.println(queue.poll());
        }
        System.out.println(queue.poll());
    }

}

3.1.3 最小堆demo代碼

class MinHeap{
    private final List<Integer> heap;
    public MinHeap(){
        heap = new ArrayList<>();
    }
    //左子節(jié)點(diǎn)
    private int leftChild(int i){
        return 2*i+1;
    }
    //右子節(jié)點(diǎn)
    private int rightChild(int i){
        return 2*i+2;
    }
    //父節(jié)點(diǎn)
    private int parent(int i){
        return (i-1)/2;
    }
    //插入節(jié)點(diǎn)
    public void insert(int x){
        heap.add(x);
        int index = heap.size()-1;
        //上浮節(jié)點(diǎn)
        while(index > 0 && heap.get(index) < heap.get(parent(index))){
            swap(index, parent(index));
            index = parent(index);
        }
    }
    //交換節(jié)點(diǎn)
    private void swap(int i, int j) {
        int temp = heap.get(i);
        heap.set(i, heap.get(j));
        heap.set(j, temp);
    }
    //刪除最小節(jié)點(diǎn)
    public int deleteMin(){
        if(heap.isEmpty()){
            throw new RuntimeException("堆為空");
        }
        if (heap.size() == 1){
            return heap.remove(0);
        }
        int min = heap.get(0);
        heap.set(0,heap.remove(heap.size()-1));
        minHeapify(0);
        return min;
    }
    //更新指定節(jié)點(diǎn)的最小樹
    public void minHeapify(int i){
        //左子節(jié)點(diǎn)
        int left = leftChild(i);
        //右子節(jié)點(diǎn)
        int right = rightChild(i);
        //最小節(jié)點(diǎn)
        int smallest = i;
        //計(jì)算左節(jié)點(diǎn)
        if(left < heap.size() && heap.get(left) < heap.get(smallest)){
            smallest = left;
        }
        //計(jì)算右節(jié)點(diǎn)
        if(right < heap.size() && heap.get(right) < heap.get(smallest)){
            smallest = right;
        }
        if (smallest != i){
            swap(i, smallest);
            minHeapify(smallest);
        }
    }
}

3.4 優(yōu)缺點(diǎn)

實(shí)現(xiàn)類優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)使用場景
LinkedList

1.支持雙端操作

2.動態(tài)擴(kuò)容,無容量限制

1.非線程安全

2.鏈表結(jié)構(gòu)導(dǎo)致內(nèi)存占用較高

1.需要雙端隊(duì)列操作(如?;蜿?duì)列)

2.單線程環(huán)境下需要快速插入/刪除

ArrayDeque

1.基于數(shù)組實(shí)現(xiàn),內(nèi)存連續(xù),訪問效率高

2.默認(rèn)初始容量較小,動態(tài)擴(kuò)容效率優(yōu)于 LinkedList

1.非線程安全

2.容量固定時(shí)擴(kuò)容需要復(fù)制數(shù)組

1.高頻次隊(duì)列操作(如廣度優(yōu)先搜索)

2.替代 Stack 類實(shí)現(xiàn)棧(性能更優(yōu))

PriorityQueue

1.元素按優(yōu)先級排序

2.基于堆結(jié)構(gòu),插入/刪除時(shí)間復(fù)雜度為 O(log n)

1.非線程安全

2.遍歷順序不保證按優(yōu)先級排序

1.任務(wù)調(diào)度(按優(yōu)先級處理)

2.合并多個(gè)有序數(shù)據(jù)流。

總結(jié)

到此這篇關(guān)于Java中常見隊(duì)列的文章就介紹到這了,更多相關(guān)JAVA常見隊(duì)列內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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