教你如何使用Java手写一个基于数组实现的队列

 

一、概述

  队列,又称为伫列(queue),是先进先出(FIFO, First-In-First-Out)的线性表。在具体应用中通常用链表或者数组来实现。队列只允许在后端(称为rear)进行插入操作,在前端(称为front)进行删除操作。队列的操作方式和堆栈类似,唯一的区别在于队列只允许新数据在后端进行添加。

  在Java中队列又可以分为两个大类,一种是阻塞队列和非阻塞队列。

  1、没有实现阻塞接口:

  1)实现java.util.Queue的LinkList,

  2)实现java.util.AbstractQueue接口内置的不阻塞队列: PriorityQueue 和 ConcurrentLinkedQueue

  2、实现阻塞接口的

  java.util.concurrent 中加入了 BlockingQueue 接口和五个阻塞队列类。它实质上就是一种带有一点扭曲的 FIFO 数据结构。不是立即从队列中添加或者删除元素,线程执行操作阻塞,直到有空间或者元素可用。
五个队列所提供的各有不同:
* ArrayBlockingQueue :一个由数组支持的有界队列。
* LinkedBlockingQueue :一个由链接节点支持的可选有界队列。
* PriorityBlockingQueue :一个由优先级堆支持的无界优先级队列。
* DelayQueue :一个由优先级堆支持的、基于时间的调度队列。
* SynchronousQueue :一个利用 BlockingQueue 接口的简单聚集(rendezvous)机制。
队列是Java中常用的数据结构,比如在线程池中就是用到了队列,比如消息队列等。

  由队列先入先出的特性,我们知道队列数据的存储结构可以两种,一种是基于数组实现的,另一种则是基于单链实现。前者在创建的时候就已经确定了数组的长度,所以队列的长度是固定的,但是可以循环使用数组,所以这种队列也可以称之为循环队列。后者实现的队列内部通过指针指向形成一个队列,这种队列是单向且长度不固定,所以也称之为非循环队列。下面我将使用两种方式分别实现队列。

 

  二、基于数组实现循环队列

  由于在往队列中放数据或拉取数据的时候需要移动数组对应的下标,所以需要记录一下队尾和队头的位置。说一下几个核心的属性吧:

  1、queue:队列,object类型的数组,用于存储数据,长度固定,当存储的数据数量大于数组当度则抛出异常;

  2、head:队头指针,int类型,用于记录队列头部的位置信息。

  3、tail:队尾指针,int类型,用于记录队列尾部的位置信息。

  4、size:队列长度,队列长度大于等于0或者小于等于数组长度。

复制代码
 /**      * 队列管道,当管道中存放的数据大于队列的长度时将不会再offer数据,直至从队列中poll数据后      */    private Object[] queue;     //队列的头部,获取数据时总是从头部获取    private int head;     //队列尾部,push数据时总是从尾部添加    private int tail;     //队列长度    private int size;     //数组中能存放数据的最大容量    private final static int MAX_CAPACITY = 1<<30;     //数组长度    private int capacity;     //最大下标    private int maxIndex;
复制代码

  

  三、数据结构

 

  图中,红色部分即为队列的长度,数组的长度为16。因为这个队列是循环队列,所以队列的头部不一定要在队列尾部前面,只要队列的长度不大于数组的长度就可以了。

 

  四、构造方法

  1、MyQueue(int initialCapacity):创建一个最大长度为 initialCapacity的队列。

  2、MyQueue():创建一个默认最大长度的队列,默认长度为16;

复制代码
    public MyQueue(int initialCapacity){         if (initialCapacity > MAX_CAPACITY)             throw new OutOfMemoryError(
                        
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