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Java 中常用队列用法详解

news 2025/7/1 21:04:21

Java 中常用队列用法详解

在Java编程中，队列是一种非常重要的数据结构，广泛应用于任务调度、消息传递以及多线程通信等场景。以下将详细介绍几种常用的Java队列及其使用方法。

1. `Queue` 接口概述

Queue 是Java集合框架中的一个接口，它定义了先进先出（FIFO）的数据结构行为。常见的实现类包括：

LinkedList：实现了双端队列（Deque），支持在两端进行插入和移除操作。
ArrayDeque：基于数组的高效队列实现，也支持双端操作。
PriorityQueue：根据元素优先级排序的队列。

2. 常用队列实现类及用法

(1) LinkedList 作为 Queue 使用

虽然 LinkedList 主要用于列表结构，但它也实现了 Queue 接口，可以用来当作队列使用。

主要方法：
- add(E element)：将指定元素插入队尾。
- remove()：移除并返回队头元素。如果队列为空，则抛出 NoSuchElementException。
- peek()：查看队头元素，不进行移除操作。如果队列为空，返回 null。

示例代码：

Queue<String> queue = new LinkedList<>();
queue.add("A");
queue.add("B");System.out.println(queue.peek()); // 输出 AString element = queue.remove();
System.out.println(element); // 输出 A

(2) ArrayDeque

ArrayDeque 是一个基于数组实现的双端队列，支持在两端快速插入和移除元素。它实现了 Queue 和 Deque 接口。

主要方法：
- addFirst(E element)：将指定元素添加到队列头部。
- addLast(E element)：将指定元素添加到队列尾部。
- removeFirst()：移除并返回队列头部的元素。
- removeLast()：移除并返回队列尾部的元素。

示例代码：

Queue<String> deque = new ArrayDeque<>();deque.add("A");
deque.add("B");System.out.println(deque.peek()); // 输出 Adeque.addFirst("C"); // 添加到头部
System.out.println(deque.peek()); // 输出 CString element = deque.remove(); // 移除队头元素 C
System.out.println(element); // 输出 C

(3) PriorityQueue

PriorityQueue 是一个优先级队列，其中的元素根据其自然顺序或指定的比较器进行排序。每次取出时总是返回优先级最高的元素。

主要方法：
- add(E element)：将指定元素插入队列中。
- remove()：移除并返回队头元素（即优先级最高的元素）。
- peek()：查看队头元素，不进行移除操作。

示例代码：

Queue<Integer> priorityQueue = new PriorityQueue<>();priorityQueue.add(3);
priorityQueue.add(1);
priorityQueue.add(2);System.out.println(priorityQueue.peek()); // 输出 1int element = priorityQueue.remove();
System.out.println(element); // 输出 1

(4) BlockingQueue

BlockingQueue 是Java并发包中的接口，主要用于多线程环境下的生产者-消费者模式。常见的实现类包括：

LinkedBlockingQueue：基于链表的有界或无界队列。
ArrayBlockingQueue：基于数组的有界队列。
PriorityBlockingQueue：支持优先级的有界队列。

示例代码（使用 LinkedBlockingQueue）：

import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;public class BlockingQueueExample {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {BlockingQueue<String> blockingQueue = new LinkedBlockingQueue<>(2);// 生产者线程Thread producerThread = new Thread(() -> {try {System.out.println("生产者开始生产...");blockingQueue.put("Item 1");blockingQueue.put("Item 2");blockingQueue.put("Item 3"); // 队列已满，阻塞直到有空间} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();System.out.println("生产者线程被中断...");}});// 消费者线程Thread consumerThread = new Thread(() -> {try {System.out.println("消费者开始消费...");while (true) {String item = blockingQueue.take();System.out.println("消费了: " + item);}} catch (InterruptedException e) {Thread.currentThread().interrupt();System.out.println("消费者线程被中断...");}});producerThread.start();consumerThread.start();}
}

3. 注意事项

容量控制：
- 对于有界队列（如 ArrayBlockingQueue），需要合理设置初始容量，避免频繁的扩容操作。
线程安全：
- BlockingQueue 的实现类都是线程安全的，适用于多线程环境下的任务分发和消息传递。
性能考虑：
- 不同的队列实现类在插入、删除等操作上的性能表现可能有所不同。例如，ArrayDeque 在两端的操作上比 LinkedList 更高效。