Java 泛型队列

在计算机编程中，队列是一种基本的数据结构，它以线性顺序存储项，遵循先进先出 (FIFO) 原则。这意味着最先被移除的元素将是第一个被添加的元素。诸如工作调度、事件管理和数据处理之类的应用经常使用队列。Java 集合框架提供了 Queue 接口以及许多其他用于处理对象集合的类和接口。Java 的 Queue 接口的一个主要特性是能够使用泛型，这使得程序员可以创建可以存储任何数据类型元素的队列。

Java 中的泛型队列实现

Java Queue 接口扩展了 Collection 接口，并且是 java.util 包的一部分。它指定了插入、删除和修改队列中元素数量的方法。以下是 Java Queue 接口的声明方式：

从上面的代码片段可以看出，Queue 接口使用类型参数 <E> 进行定义，它代表可以存储在队列中的元素类型。这允许开发人员创建一个可以存储整数、字符串或自定义对象等任何数据类型元素的泛型队列。

让我们来看一下 Queue 接口提供的一些方法：

add(E e) 和 offer(E e)： 使用这些方法将元素添加到队列的末尾。当无法将元素添加到队列时，add() 方法会抛出错误；相反，offer() 方法会返回 false。

remove() 和 poll()： 使用这些方法可以从队列的前面移除并返回元素。poll() 方法在队列为空时返回 null，而 delete() 方法在这种情况下会抛出异常。

element() 和 peek()： 这些方法用于在不移除队列中的元素的情况下，从前面检索它。当队列为空时，element() 方法会抛出异常，而 peek() 方法返回 null。

示例

让我们看一些演示 Java 中泛型队列用法的示例程序。

示例 1：整数队列

IntegerQueueExample.java

输出

Elements in the queue: [10, 20, 30]
Front element of the queue: 10
Elements in the queue after removal: [20, 30]

在此示例中，我们使用 LinkedList 类对 Queue 接口的实现来建立一个用于存储数字的队列。使用 add() 方法，我们将三个数字添加到队列中。接下来，我们使用 LinkedList 类的 toString() 方法显示队列的元素。然后使用 remove() 函数移除并显示队列的前面元素，然后再次使用 toString() 方法显示剩余的队列元素。

示例 2：字符串队列

StringQueueExample.java

输出

Elements in the queue: [apple, banana, cherry]
Front element of the queue: apple
Elements in the queue after removal: [banana, cherry]

在此示例中，我们使用 LinkedList 类对 Queue 接口的实现来建立一个用于存储字符串的队列。利用 offer() 方法，我们将三个字符串添加到队列中，然后显示其内容。然后我们使用 poll() 方法移除并显示队列的前面元素，然后显示队列中剩余的元素。

示例 3：自定义对象队列

CustomObjectQueueExample.java

输出

Elements in the queue: [Student [name=John, age=20], Student [name=Alice, age=22], Student [name=Bob, age=21]]
Front element of the queue: Student [name=John, age=20]
Elements in the queue after removal: [Student [name=Alice, age=22], Student [name=Bob, age=21]]

在此示例中，我们创建了一个用于存储 Student 类自定义对象的队列。我们定义了一个具有 name 和 age 两个属性的 Student 类，并重写了 toString() 方法以提供 Student 对象的自定义字符串表示。我们创建了三个 Student 对象，并使用 add() 方法将它们添加到队列中。然后我们使用 toString() 方法显示队列中的元素。接下来，我们使用 poll() 方法移除并显示队列的前面元素，最后，我们显示移除后队列中的元素。

除了关于泛型队列之外，我们还有：

容量限制：与具有预定大小的 Java 数组不同，通过 Queue 接口和 LinkedList 类创建的泛型队列没有固定容量。根据添加到队列或从队列中移除的元素数量，它们可以动态地扩展或收缩。因此，在管理队列元素方面有更多的自由度，因为无需设置初始大小或担心队列已满。

空元素：Java 的泛型队列允许存在空条目。因此，null 可以作为合法元素添加到队列中，并且将与其他元素一样被处理。但是，在使用空元素时要小心，因为如果处理不当，它们有时会导致代码出现意外行为。

队列实现：除了 LinkedList 类之外，Java 还提供了 ArrayDeque 和 PriorityQueue 类，它们可用于构建通用队列。根据具体用例，这些类具有不同的特性和性能权衡。例如，PriorityQueue 是一个基于优先级的队列，它根据对象的自然顺序或自定义比较器对对象进行排序；而 ArrayDeque 是一个双端队列，可以用作队列和栈。

在本节中，我们讨论了 Java 中泛型队列的概念，它是一种遵循 FIFO（先进先出）原则的常用数据结构。我们探讨了队列的基本操作，包括将元素添加到队列的后端、从队列的前端移除元素以及在不移除的情况下查看前端元素。我们还讨论了如何使用 Queue 接口在 Java 中实现泛型队列，该接口提供了用于处理队列的标准方法集，以及如何使用 LinkedList 类作为 Queue 接口的实现。我们还提供了带有输出的示例程序，以演示 Java 中泛型队列的用法，包括整数队列、字符串队列和自定义对象队列。