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×××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("initialCapacity too large");
if (initialCapacity <= 0)
throw new IndexOutOfBoundsException("initialCapacity must be more than zero");
queue = new Object[initialCapacity];
capacity = initialCapacity;
maxIndex = initialCapacity - 1;
head = tail = -1;
size = 0;
}
public MyQueue(){
queue = new Object[16];
capacity = 16;
head = tail = -1;
size = 0;
maxIndex = 15;
}
复制代码

　　五、往队列添加数据
　　添加数据时，首先判断队列的长度是否超出了数组的长度，如果超出了就添加失败（也可以设置成等待，等到有人消费了队列里的数据，然后再添加进去）。都是从队列的尾部添加数据的，添加完数据后tail指针也会相应自增1。具体实现如一下代码：

复制代码
/**

  • 往队列尾部添加数据
  • @param object 数据
    */
    public void offer(Object object){
    if (size >= capacity){
    System.out.println("queue‘s size more than or equal to array‘s capacity");
    return;
    }
    if (++tail > maxIndex){
    tail = 0;
    }
    queue[tail] = object;
    size++;
    }
    复制代码

　　六、向队列中拉取数据
　　拉取数据是从队列头部拉取的，拉取完之后将该元素删除，队列的长度减一，head自增1。代码如下：

复制代码
/**

  • 从队列头部拉出数据
  • @return 返回队列的第一个数据
    */
    public Object poll(){
    if (size <= 0){
    System.out.println("the queue is null");
    return null;
    }
    if (++head > maxIndex){
    head = 0;
    }
    size--;
    Object old = queue[head];
    queue[head] = null;
    return old;
    }
    复制代码
    　　

　　七、其他方法
　　1、查看数据：这个方法跟拉取数据一样都是获取到队列头部的数据，区别是该方法不会将对头数据删除：

复制代码
/**

  • 查看第一个数据
  • @return
    */
    public Object peek(){
    return queue[head];
    }
    复制代码
    　　2、清空队列：

复制代码
/**

  • 清空队列
    */
    public void clear(){
    for (int i = 0; i < queue.length; i++) {
    queue[i] = null;
    }
    tail = head = -1;
    size = 0;
    }
    复制代码
    　　完整的代码如下：

复制代码
/**

  • 队列
    */
    public class MyQueue {

    /**

    • 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;

    public MyQueue(int initialCapacity){
    if (initialCapacity > MAX_CAPACITY)
    throw new OutOfMemoryError("initialCapacity too large");
    if (initialCapacity <= 0)
    throw new IndexOutOfBoundsException("initialCapacity must be more than zero");
    queue = new Object[initialCapacity];
    capacity = initialCapacity;
    maxIndex = initialCapacity - 1;
    head = tail = -1;
    size = 0;
    }
    public MyQueue(){
    queue = new Object[16];
    capacity = 16;
    head = tail = -1;
    size = 0;
    maxIndex = 15;
    }

    /**

    • 往队列尾部添加数据
    • @param object 数据
      */
      public void offer(Object object){
      if (size >= capacity){
      System.out.println("queue‘s size more than or equal to array‘s capacity");
      return;
      }
      if (++tail > maxIndex){
      tail = 0;
      }
      queue[tail] = object;
      size++;
      }

    /**

    • 从队列头部拉出数据
    • @return 返回队列的第一个数据
      */
      public Object poll(){
      if (size <= 0){
      System.out.println("the queue is null");
      return null;
      }
      if (++head > maxIndex){
      head = 0;
      }
      size--;
      Object old = queue[head];
      queue[head] = null;
      return old;
      }

    /**

    • 查看第一个数据
    • @return
      */
      public Object peek(){
      return queue[head];
      }

    /**

    • 队列中存储的数据量
    • @return
      */
      public int size(){
      return size;
      }

    /**

    • 队列是否为空
    • @return
      */
      public boolean isEmpty(){
      return size == 0;
      }

    /**

    • 清空队列
      */
      public void clear(){
      for (int i = 0; i < queue.length; i++) {
      queue[i] = null;
      }
      tail = head = -1;
      size = 0;
      }

    @Override
    public String toString() {
    if (size <= 0) return "{}";
    StringBuilder builder = new StringBuilder(size + 8);
    builder.append("{");
    int h = head;
    int count = 0;
    while (count < size){
    if (++h > maxIndex) h = 0;
    builder.append(queue[h]);
    builder.append(", ");
    count++;
    }
    return builder.substring(0,builder.length()-2) + "}";
    }
    }
    复制代码

原文地址：http://blog.51cto.com/14084556/2320782

时间： 2024-10-10 20:43:46

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