Java队列学习

Posted 2020-12-26 superthanos

队列是Java集合中的重要组成部分，具有先进先出的特性，使其具有广泛的应用场景，比如排队等。因此今天就来学习一下Java中的队列。本文的例子使用的Java8环境。

继承类图

学习队列，首先要知道它的类继承体系，知道每种队列都实现了哪些接口，继承了哪些类，这样有助于帮助我们理解。下面是Java8中队列的类继承图。 

 

从继承类图中可以看出，队列主要分两种，一种是非阻塞队列，实现了Queue接口，包括LinkedList，ArrayDeque和PriorityQueue；一种是阻塞队列，实现了BlockingQueue，包括ArrayBlockingQueue，LinkedBlockingQueue，SynchronousQueue和LinkedBlockingDeque.

Iterable接口

实现了Iterable接口的类就具有了迭代的功能，可以被用于“for-Each”循环语句。该接口具有的方法如下：

public interface Iterable<T> {
    Iterator<T> iterator();

    default void forEach(Consumer<? super T> action) {
        Objects.requireNonNull(action);
        for (T t : this) {
            action.accept(t);
        }
    }

    default Spliterator<T> spliterator() {
        return Spliterators.spliteratorUnknownSize(iterator(), 0);
    }
}

Queue接口

Queue接口代表着队列，在队头删除元素，队尾插入元素，有着先进先出的特性，下面是接口声明的方法。

 1 public interface Queue<E> extends Collection<E> {
 2     
 3     //插入元素到队尾，成功返回true，失败返回false，空间不足抛出异常
 4     boolean add(E e);
 5 
 6     //插入元素到队尾，成功返回true，失败返回false
 7     boolean offer(E e);
 8 
 9     //移除并返回队头元素，如果队列为空，抛出异常
10     E remove();
11 
12     //移除并返回队头元素，如果队列为空，则返回null
13     E poll();
14 
15    //返回队头元素，如果队列为空，则抛出异常
16     E element();
17 
18     //返回队头元素，如果队列为空，则返回null
19     E peek();
20 }

 

Deque接口

 Deque是双端队列，是Double End Queue的简称，与Queue只能在队头删除元素，队尾插入元素不同，Deque可以在队列的头尾分别进行插入和删除元素。由于可以在同一端进行插入和

删除元素，因此可以被当做栈来使用。下面是该接口声明的方法：

public interface Deque<E> extends Queue<E> {
    /**
     * 在队头插入元素，如果队列对容量有限制，则容量不足时抛出异常
     * IllegalStatException
     */
    void addFirst(E e);

    /**
     * 在队尾插入元素，如果队列对容量有限制，则容量不足时抛出异常
     * IllegalStatException
     */
    void addLast(E e);

    /**
     * 在队头插入元素，插入成功返回true，失败返回false
     * 如果队列对容量有限制，则最好使用该方法
     */
    boolean offerFirst(E e);

    /**
     * 在队尾插入元素，成功返回true，失败返回false；
     * 如果队列对容量有限制，则最好使用该方法
     */
    boolean offerLast(E e);

    /**
     * 返回并移除队头的元素，如果队列为空，则抛出异常
     */
    E removeFirst();

    /**
     * 返回并移除队尾的元素，如果队列为空，则抛出异常
     */
    E removeLast();

    /**
     * 返回并移除队头的元素，如果队列为空，则返回null
     */
    E pollFirst();

    /**
     * 返回并移除队尾的元素，如果队列为空，则返回null
     */
    E pollLast();

    /**
     * 返回队头的元素，如果队列为空，则抛出异常NoSuchElementException
     */
    E getFirst();

    /**
     * 返回队尾的元素，如果队列为空，则抛出异常NoSuchElementException
     */
    E getLast();

    /**
     * 返回队头的元素，如果队列为空，则返回null
     */
    E peekFirst();

    /**
     * 返回队尾的元素，如果队列为空，则返回null
     */
    E peekLast();

    boolean removeFirstOccurrence(Object o);

    boolean removeLastOccurrence(Object o);

    // *** Queue methods ***

    boolean add(E e);

    boolean offer(E e);

    E remove();

    E poll();

    E element();

    E peek();


    // *** Stack methods ***

    void push(E e);

    E pop();


    // *** Collection methods ***

    boolean remove(Object o);

    boolean contains(Object o);

    public int size();

    Iterator<E> iterator();

    Iterator<E> descendingIterator();

}

BlockingQueue接口

BlockingQueue是java.util.concurrent包提供的接口，表示阻塞队列，与普通队列的区别是：当从队头获取元素时，如果队列为空，则阻塞队列会阻塞，直到有可用元素、等待超时或者被中断；

当需要在队尾插入元素时，如果队列没有可用的空间，则操作会阻塞，直到有可用空间、等待超时或者被中断。下面是该接口声明的方法：

public interface BlockingQueue<E> extends Queue<E> {
    
    boolean add(E e);

    boolean offer(E e);

    /**
     * 插入元素，如果空间不足，将会阻塞，直到有可用空间
     */
    void put(E e) throws InterruptedException;

    /**
     * 插入元素，如果容量不足，将会阻塞，直到有可用空间，或者等待超时
     */
    boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException;

    /**
     * 返回并移除队头的元素，如果队列为空，则等待
     * 
     */
    E take() throws InterruptedException;

    /**
     * 返回并移除队头的元素，如果队列为空，则阻塞，直到有可用元素，或者等待超时
     * 
     */
    E poll(long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException;

    /**
     * 返回队列还能存放多少个元素
     * 该方法不会被阻塞，直接返回
     */
    int remainingCapacity();

    /**
     * 删除给定的元素，如果给定的元素在队列存在多个，则只删除第一个
     * 成功删除，返回true，否则，返回false
     */
    boolean remove(Object o);

    /**
     * 队列中是否存在给定的元素，存在返回true，否则返回false
     */
    public boolean contains(Object o);

    /**
     * 从队列中删除所有元素，并添加到给定的容器c中
     * 该方法比循环调用poll方法更高效
     */
    int drainTo(Collection<? super E> c);

    /**
     * 最多从队列中删除maxElements个元素，并添加到容器c中
     */
    int drainTo(Collection<? super E> c, int maxElements);
}

BlockingDeque接口

BlockingDeque是双端阻塞队列，可以在队列的头和尾分别进行元素的插入和删除，可以用作阻塞栈，下面是该接口声明的方法：

public interface BlockingDeque<E> extends BlockingQueue<E>, Deque<E> {
    void addFirst(E e);

    void addLast(E e);

    boolean offerFirst(E e);

    boolean offerLast(E e);

    void putFirst(E e) throws InterruptedException;

    void putLast(E e) throws InterruptedException;

    boolean offerFirst(E e, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;

    boolean offerLast(E e, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;

    E takeFirst() throws InterruptedException;

    E takeLast() throws InterruptedException;

    E pollFirst(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;

    E pollLast(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;

    boolean removeFirstOccurrence(Object o);

    boolean removeLastOccurrence(Object o);

    // *** BlockingQueue methods ***
    boolean add(E e);

    boolean offer(E e);

    void put(E e) throws InterruptedException;

    boolean offer(E e, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;

    E remove();

    E poll();

    E take() throws InterruptedException;

    E poll(long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException;

    E element();

    E peek();

    boolean remove(Object o);

    public boolean contains(Object o);

    public int size();

    Iterator<E> iterator();

    // *** Stack methods ***
    void push(E e);
}