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Java Queue 接口

1 Apr 2025 | 5 分钟阅读

Java Queue 接口属于 java.util 包。它是 Java 集合框架的一个基本组成部分，用于以特定顺序处理元素，通常是先进先出 (FIFO) 的方式。作为一个有序对象列表，Queue 确保元素在末尾插入，在开头移除，使其成为任务调度、订单处理和打印作业管理等场景的理想数据结构。

作为接口，Queue 不能直接实例化。它需要一个具体的实现。Java 中实现 Queue 接口最常见的类是 LinkedList 和 PriorityQueue。LinkedList 类提供了双向链表实现，而 PriorityQueue 类基于优先堆，根据其自然排序或指定的比较器对元素进行排序。

然而，这些标准实现不是线程安全的，因此不适用于多个线程可能同时访问和修改队列的并发应用程序。对于此类用例，Java 在 java.util.concurrent 包中提供了 PriorityBlockingQueue 类，它提供了一个线程安全的优先队列实现。

Queue 接口本身扩展了 Collection 接口，继承了其所有方法，并添加了一些用于元素插入、移除和检查的特定方法。关键方法包括用于插入的 add 和 offer，用于移除的 remove 和 poll，以及用于检查的 element 和 peek。这些方法旨在满足队列的独特需求，例如在操作因容量限制或队列为空而失败时返回特殊值或抛出异常。

Queue 接口声明

Java Queue 接口的方法

方法	描述
boolean add(object)	用于将指定元素插入此队列，成功时返回 true。
boolean offer(object)	用于将指定元素插入此队列。
Object remove()	用于检索并移除此队列的头部。
Object poll()	用于检索并移除此队列的头部，如果此队列为空，则返回 null。
Object element()	用于检索但不移除此队列的头部。
Object peek()	用于检索但不移除此队列的头部，如果此队列为空，则返回 null。

队列的特点

以下是队列的一些重要特点。

如前所述，FIFO（先进先出）概念用于队列中元素的插入和删除。
Java Queue 支持 Collection 接口的所有方法，包括删除、插入等。
PriorityQueue、ArrayBlockingQueue 和 LinkedList 是最常用的实现。
如果在 BlockingQueues 上执行任何 null 操作，将引发 NullPointerException。
位于 util 包中的 Queue 被称为无界队列（Unbounded Queues）。
位于 util.concurrent 包中的 Queue 被称为有界队列（bounded Queues）。
除了 Deque（双端队列）之外，所有 Queue 都允许在队列的头部和尾部分别进行移除和插入；事实上，Deque 支持在两端进行元素的插入和移除。

PriorityQueue 类

PriorityQueue 也是集合框架中定义的一个类，它提供了一种根据优先级处理对象的方式。前面已经说过，Java Queue 中对象的插入和删除遵循 FIFO 模式。但是，有时需要根据优先级处理队列中的元素，这时 PriorityQueue 就派上用场了。

PriorityQueue 类声明

让我们看看 java.util.PriorityQueue 类的声明。

Java PriorityQueue 示例

文件名： TestCollection12.java

import java.util.*;  
class TestCollection12 {  
    public static void main(String args[]) {  
        // Creating a PriorityQueue of Strings
        PriorityQueue<String> queue = new PriorityQueue<String>();  
        // Adding elements to the PriorityQueue
        queue.add("Amit");  
        queue.add("Vijay");  
        queue.add("Karan");  
        queue.add("Jai");  
        queue.add("Rahul");  
        // Displaying the head of the queue using element() method
        // This method throws an exception if the queue is empty
        System.out.println("head:" + queue.element());  
        // Displaying the head of the queue using peek() method
        // This method returns null if the queue is empty
        System.out.println("head:" + queue.peek());  
        // Iterating through the queue elements
        System.out.println("iterating the queue elements:");  
        Iterator<String> itr = queue.iterator();  
        while (itr.hasNext()) {  
            System.out.println(itr.next());  
        }  
        // Removing the head of the queue using remove() method
        // This method throws an exception if the queue is empty
        queue.remove();  
        // Removing the head of the queue using poll() method
        // This method returns null if the queue is empty
        queue.poll();  
        // Displaying the queue elements after removing two elements
        System.out.println("after removing two elements:");  
        Iterator<String> itr2 = queue.iterator();  
        while (itr2.hasNext()) {  
            System.out.println(itr2.next());  
        }  
    }  
}  

输出

head:Amit
head:Amit
iterating the queue elements:
Amit
Jai
Karan
Vijay
Rahul
after removing two elements:
Karan
Rahul
Vijay

Java PriorityQueue 示例：书籍

我们来看一个 PriorityQueue 示例，其中我们向队列中添加书籍并打印所有书籍。PriorityQueue 中的元素必须是 Comparable 类型。String 和 Wrapper 类默认是 Comparable 的。要将用户定义的对象添加到 PriorityQueue 中，您需要实现 Comparable 接口。

文件名： LinkedListExample.java

import java.util.*;
class Book implements Comparable<Book> {
    int id;
    String name, author, publisher;
    int quantity;
    // Constructor to initialize Book object
    public Book(int id, String name, String author, String publisher, int quantity) {
        this.id = id;
        this.name = name;
        this.author = author;
        this.publisher = publisher;
        this.quantity = quantity;
    }
    // compareTo method to compare Books based on 'id'
    public int compareTo(Book b) {
        if (id > b.id) {
            return 1;
        } else if (id < b.id) {
            return -1;
        } else {
            return 0;
        }
    }
}
public class LinkedListExample {
    public static void main(String[] args) {
        // Creating a PriorityQueue to store Book objects
        Queue<Book> queue = new PriorityQueue<Book>();
        // Creating Book objects
        Book b1 = new Book(121, "Let us C", "Yashwant Kanetkar", "BPB", 8);
        Book b2 = new Book(233, "Operating System", "Galvin", "Wiley", 6);
        Book b3 = new Book(101, "Data Communications & Networking", "Forouzan", "Mc Graw Hill", 4);
        // Adding Book objects to the queue
        queue.add(b1);
        queue.add(b2);
        queue.add(b3);
        // Displaying the elements of the queue
        System.out.println("Traversing the queue elements:");
        for (Book b : queue) {
            System.out.println(b.id + " " + b.name + " " + b.author + " " + b.publisher + " " + b.quantity);
        }
        // Removing the head of the queue
        queue.remove();
        // Displaying the elements of the queue after removing one element
        System.out.println("After removing one book record:");
        for (Book b : queue) {
            System.out.println(b.id + " " + b.name + " " + b.author + " " + b.publisher + " " + b.quantity);
        }
    }
}

输出

Traversing the queue elements:
101 Data Communications & Networking Forouzan Mc Graw Hill 4
233 Operating System Galvin Wiley 6
121 Let us C Yashwant Kanetkar BPB 8
After removing one book record:
121 Let us C Yashwant Kanetkar BPB 8
233 Operating System Galvin Wiley 6

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