Java集合——Queue详解

基本概念

• Java 中的 Queue 接口表示一种先进先出（FIFO, First In First Out）的数据结构，但实际上它也支持其他插入和删除策略。
• Queue 是 Java 集合框架的一部分，它继承自 Collection 接口，并且定义了许多用于队列操作的方法。
  
  

功能分类

• 双端队列：继承 Deque 接口的队列，支持从两端插入和移除元素。ArrayDeque 和 LinkedList 都是 Deque 的实现类，可以用来创建栈或双端队列。

• 阻塞队列：继承BlockingQueue 或 BlockingDeque 接口的队列，当队列满或空时，插入或移除操作将会阻塞的队列。阻塞队列都是线程安全的。例如，ArrayBlockingQueue 和 LinkedBlockingQueue 等。

• 并发队列：在多线程环境中，使用普通的队列实现可能会导致数据不一致或竞争问题。Java 提供了线程安全的并发队列，ConcurrentLinkedQueue 、 ConcurrentLinkedDeque和 BlockingQueue。

• 有界队列：如 ArrayBlockingQueue 可以设置一个最大容量，当队列达到这个容量时，将不再接受新的元素插入，除非有其他元素被移除。

• 无界队列：一些队列实现没有固定的容量限制，如 LinkedList 和 ArrayDeque。

• 优先队列：PriorityQueue 或 PriorityBlockingQueue ，根据元素的自然顺序或通过提供的 Comparator 来确定元素插入位置，队列内元素有序排列。当从队列中移除元素时，总是返回具有最高优先级的元素。

• 延迟队列：DelayQueue继承子 BlockingQueue，它允许元素在被添加时指定一个延迟时间。只有当这个延迟时间过去之后，元素才会变得可见。延迟队列中元素是按照延迟时间排序的，因此内部元素需要实现Delayed接口，其中compareTo方法，用于队列元素排序。延迟队列通常用于实现定时任务或事件调度等功能。

• 同步队列：SynchronousQueue 继承自 BlockingQueue，用于在线程之间直接传递元素。它没有内部缓冲区，也就是说它不能存储任何元素。因此，当一个线程试图向 SynchronousQueue 插入一个元素时（例如使用 put 方法），它会一直阻塞，直到另一个线程从队列中取出这个元素（例如使用 take 方法）。常用于生产者消费者模式。

主要方法

普通队列

当队列为空或容量已满时，remove、element和add方法会抛出异常，而poll、peek和offer方法则会返回false或null。

双端队列

既支持队列相关操作，也支持栈相关操作

阻塞队列

阻塞队列中的put和take方法有阻塞特性，而offer和poll方法无阻塞特性，是非阻塞方法

使用示例

以下是一个使用 SynchronousQueue 的生产者消费者模式示例：

package leetcode.editor.cn;

import java.util.concurrent.SynchronousQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class SynchronousQueueExample {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        /**
         * 创建一个非公平模式的 SynchronousQueue
         * 若队列中没有元素，当两个线程同时请求，优先插入操作
         * 若队列中已有元素，当两个线程同时请求，优先删除操作
         */
        SynchronousQueue<Integer> queue = new SynchronousQueue<>(false);

        Thread producerThread = new Thread(() -> {
            try {
                for (int i = 1; i <= 5; i++) {
                    System.out.println("Producer putting " + i);
                    queue.put(i);
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

        Thread consumerThread = new Thread(() -> {
            try {
                for (int i = 1; i <= 5; i++) {
                    Integer value = queue.take();
                    System.out.println("Consumer taking " + value);
                    TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(100);
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

        producerThread.start();
        consumerThread.start();
        
        producerThread.join();
        consumerThread.join();
    }
}

总结

实际常用的是LinkedList和ArrayDeque，既可以作为队列使用，也可以作为栈使用