Java Queue

2025年5月9日 | 阅读 7 分钟

队列是另一种线性数据结构，它以特定的方式存储元素，就像其他数据结构一样。简单来说，我们可以说队列是一种 Java 编程语言中的数据结构，它存储相同类型的元素。队列中的组件按照 FIFO（先进先出）行为存储。队列集合有两个端，即前端和后端。队列有两个端，即前端和后端。

下图完美地描述了 Java 队列的 FIFO（先进先出）属性。

正如在前一张图中解释的那样，我们可以看到队列是一种具有两个终端的线性数据结构，即开始（前端）和结束（后端）。组件从队列的后端添加到队列中，组件从队列的前端提取。

Queue 是 Java 中的一个接口，属于 Java.util 包。它还扩展了 Collection 接口。

下面显示了 Java Queue 接口的通用表示

正如我们在上面讨论过的，Queue 是一个接口，因此我们也可以说 Queue 不能被实例化，因为接口不能被实例化。如果用户想在 Java 中实现 Queue 接口的功能，那么就必须有一些实现 Queue 接口的实际类。

在 Java 编程语言中，有两个不同的类用于实现 Queue 接口。这些类是

Java 队列的特点

Java 队列可以被认为是编程界最重要的数据结构之一。Java 队列因其属性而具有吸引力。Java 队列数据结构的重要属性如下

Java 队列遵循 FIFO（先进先出）的模式。这意味着元素在队列末尾进入，在队列前端删除。
Java Queue 接口提供了 Collection 接口的所有规则和过程，如包含、删除等。
有两种不同的类用于实现 Queue 接口。这些类是 LinkedList 和 PriorityQueue。
除了这两个之外，还有一个类 Array Blocking Queue，用于实现 Queue 接口。
队列有两种类型：无界队列和有界队列。属于 java.util 包的队列称为无界队列，有界队列是存在于 java.util.concurrent 包中的队列。
Deque 或（双端队列）也是一种队列，它可以在两端进行元素的插入和删除。
Deque 也被认为是线程安全的。
Blocking Queues 也是一种队列，同样是线程安全的。Blocking Queues 用于实现生产者-消费者查询。
Blocking Queues 不支持 null 元素。在 Blocking Queues 中，如果尝试执行类似 null 值的工作，则会抛出 NullPointerException。

队列的实现

用于实现队列的类

用于实现队列功能的类如下

用于实现队列的接口

Java 接口也用于实现 Java 队列。用于实现队列功能的接口如下

Deque
Blocking Queue
Blocking Deque

Java 队列类方法

在 Java 队列中，有许多常用的方法。Queue 接口提供了插入、删除、查看等不同的方法。Java 队列的一些操作会引发异常，而其中一些操作会在程序完成后返回值。

注意 - 在 Java SE 8 中，Java 队列集合没有进行任何更改。下面定义的这些方法在 Java 编程语言的后续版本中进一步准备。例如，Java SE 9。

下面定义了 Java 队列的不同方法

方法	方法原型	描述
add	boolean add(E e)	将元素 e 添加到队列的末尾（尾部），而不违反容量限制。如果成功则返回 true，如果容量已满则返回 IllegalStateException。
peek	E peek()	返回队列的头部（前端），而不将其移除。
element	E element()	执行的操作与 peek() 方法相同。当队列为空时，抛出 NoSuchElementException。
remove	E remove()	移除队列的头部并返回它。如果队列为空，则抛出 NoSuchElementException。
poll	E poll()	移除队列的头部并返回它。如果队列为空，则返回 null。
Offer	boolean offer(E e)	将新元素 e 插入队列，而不违反容量限制。
大小	int size()	返回队列的大小或元素数量。

Java 队列数组实现

队列的实现不像栈的实现那样简单明了。

要使用数组实现队列，我们首先声明一个包含 n 个元素的数组。

然后我们定义要在队列中执行的以下操作。

1) Enqueue：在队列中插入元素的操作是 Enqueue（程序中的函数 queue Enqueue）。要将元素插入到后端，我们首先需要检查队列是否已满。如果已满，则无法插入元素。如果 rear < n，则将元素插入队列。

2) Dequeue：从队列中删除元素的操作是 Dequeue（程序中的函数 queue Dequeue）。首先，我们检查队列是否为空。要使 dequeue 操作正常工作，队列中必须至少有一个元素。

3) Front：此方法返回队列的前端。

4) Display：此方法遍历队列并显示队列中的元素。

Java 队列程序

以下 Java 程序演示了队列的实现。

QueueArrayImplementation.java

class Queue { 
    
    private static int front, rear, capacity; 
    private static int queue[]; 
   
    Queue(int size) { 
        front = rear = 0; 
        capacity = size; 
        queue = new int[capacity]; 
    } 
   
    // insert an element into the queue
    static void queueEnqueue(int item)  { 
        // check if the queue is full
        if (capacity == rear) { 
            System.out.printf("\nQueue is full\n"); 
            return; 
        } 
   
        // insert element at the rear 
        else { 
            queue[rear] = item; 
            rear++; 
        } 
        return; 
    } 
   
    //remove an element from the queue
    static void queueDequeue()  { 
        // check if queue is empty 
        if (front == rear) { 
            System.out.printf("\nQueue is empty\n"); 
            return; 
        } 
   
        // shift elements to the right by one place uptil rear 
        else { 
            for (int i = 0; i < rear - 1; i++) { 
                queue[i] = queue[i + 1]; 
            } 
   
       
      // set queue[rear] to 0
            if (rear < capacity) 
                queue[rear] = 0; 
   
            // decrement rear 
            rear--; 
        } 
        return; 
    } 
   
    // print queue elements 
    static void queueDisplay() 
    { 
        int i; 
        if (front == rear) { 
            System.out.printf("Queue is Empty\n"); 
            return; 
        } 
   
        // traverse front to rear and print elements 
        for (i = front; i < rear; i++) { 
            System.out.printf(" %d , ", queue[i]); 
        } 
        return; 
    } 
   
    // print front of queue 
    static void queueFront() 
    { 
        if (front == rear) { 
            System.out.printf("Queue is Empty\n"); 
            return; 
        } 
        System.out.printf("\nFront Element of the queue: %d", queue[front]); 
        return; 
    } 
} 
 
public class QueueArrayImplementation {
    public static void main(String[] args) { 
        // Create a queue of capacity 4 
        Queue q = new Queue(4); 
   
        System.out.println("Initial Queue:");
       // print Queue elements 
        q.queueDisplay(); 
   
        // inserting elements in the queue 
        q.queueEnqueue(10); 
        q.queueEnqueue(30); 
        q.queueEnqueue(50); 
        q.queueEnqueue(70); 
   
        // print Queue elements 
        System.out.println("Queue after Enqueue Operation:");
        q.queueDisplay(); 
   
        // print front of the queue 
        q.queueFront(); 
         
        // insert element in the queue 
        q.queueEnqueue(90); 
   
        // print Queue elements 
        q.queueDisplay(); 
   
        q.queueDequeue(); 
        q.queueDequeue(); 
        System.out.printf("\nQueue after two dequeue operations:"); 
   
        // print Queue elements 
        q.queueDisplay(); 
   
        // print front of the queue 
        q.queueFront(); 
    } 
}

输出

Initial Queue:
Queue is Empty
Queue after Enqueue Operation:
 10 ,  30 ,  50 ,  70 , 
Front Element of the queue: 10
Queue is full
 10 ,  30 ,  50 ,  70 , 
Queue after two dequeue operations: 50 ,  70 , 
Front Element of the queue: 50

Java 队列链表实现

正如我们在上面的程序中使用数组实现了 Queue 数据结构一样，我们也可以使用链表来实现 Queue。

我们将在本程序中实现相同的 enqueue、dequeue、front 和 display 方法。不同之处在于我们将使用链表数据结构而不是数组。

下面的程序演示了 Java 中队列的链表实现。

QueueLLImplementation.java

class LinkedListQueue
{
 private Node front, rear;
 private int queueSize; // queue size
  
 //linked list node
 private class Node {
 int data;
 Node next;
 }
 //default constructor - initially front & rear are null; size=0; queue is empty
 public LinkedListQueue()
 {
 front = null;
 rear = null;
 queueSize = 0;
 }
//check if the queue is empty
 public boolean isEmpty()
 {
 return (queueSize == 0);
 }  
 //Remove item from the front of the queue.
 public int dequeue()
 {
 int data = front.data;
 front = front.next;
 if (isEmpty())
 {
 rear = null;
 }
 queueSize--;
 System.out.println("Element " + data+ " removed from the queue");
 return data;
 }
 //Add data at the rear of the queue.
 public void enqueue(int data)
 {
 Node oldRear = rear;
 rear = new Node();
 rear.data = data;
 rear.next = null;
 if (isEmpty())
 {
 front = rear;
 }
 else  {
 oldRear.next = rear;
 }
 queueSize++;
 System.out.println("Element " + data+ " added to the queue");
 }
 //print front and rear of the queue
 public void print_frontRear() {
     System.out.println("Front of the queue:" + front.data
     + " Rear of the queue:" + rear.data);
 }
}
class QueueLLImplementation{
 public static void main(String a[]){
 LinkedListQueue queue = new LinkedListQueue();
 queue.enqueue(6);
 queue.enqueue(3);
 queue.print_frontRear();
 queue.enqueue(12);
 queue.enqueue(24);
 queue.dequeue();
 queue.dequeue();
 queue.enqueue(9); 
 queue.print_frontRear();
 }
}

输出

Element 6 added to the queue
Element 3 added to the queue
Front of the queue:6 Rear of the queue:3
Element 12 added to the queue
Element 24 added to the queue
Element 6 removed from the queue
Element 3 removed from the queue
Element 9 added to the queue
Front of the queue:12 Rear of the queue:9

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