教你如何使用Java手寫一個基於數組實現的隊列

　　1、概述
　　隊列，又稱爲佇列（queue），是先進先出（FIFO, First-In-First-Out）的線性表。在具體應用中一般用鏈表或者數組來實現。隊列只容許在後端（稱爲rear）進行插入操做，在前端（稱爲front）進行刪除操做。隊列的操做方式和堆棧相似，惟一的區別在於隊列只容許新數據在後端進行添加。

　　在Java中隊列又能夠分爲兩個大類，一種是阻塞隊列和非阻塞隊列。

　　一、沒有實現阻塞接口：

　　1）實現java.util.Queue的LinkList,

　　2）實現java.util.AbstractQueue接口內置的不阻塞隊列： PriorityQueue 和 ConcurrentLinkedQueue

　　二、實現阻塞接口的

　　java.util.concurrent 中加入了 BlockingQueue 接口和五個阻塞隊列類。它實質上就是一種帶有一點扭曲的 FIFO 數據結構。不是當即從隊列中添加或者刪除元素，線程執行操做阻塞，直到有空間或者元素可用。
　　五個隊列所提供的各有不一樣：
　　 ArrayBlockingQueue ：一個由數組支持的有界隊列。
　　 LinkedBlockingQueue ：一個由連接節點支持的可選有界隊列。
　　 PriorityBlockingQueue ：一個由優先級堆支持的×××優先級隊列。
　　 DelayQueue ：一個由優先級堆支持的、基於時間的調度隊列。
　　* SynchronousQueue ：一個利用 BlockingQueue 接口的簡單彙集（rendezvous）機制。
　　隊列是Java中經常使用的數據結構，好比在線程池中就是用到了隊列，好比消息隊列等。

　　由隊列先入先出的特性，咱們知道隊列數據的存儲結構能夠兩種，一種是基於數組實現的，另外一種則是基於單鏈實現。前者在建立的時候就已經肯定了數組的長度，因此隊列的長度是固定的，可是能夠循環使用數組，因此這種隊列也能夠稱之爲循環隊列。後者實現的隊列內部經過指針指向造成一個隊列，這種隊列是單向且長度不固定，因此也稱之爲非循環隊列。下面我將使用兩種方式分別實現隊列。

　　2、基於數組實現循環隊列
　　因爲在往隊列中放數據或拉取數據的時候須要移動數組對應的下標，因此須要記錄一下隊尾和隊頭的位置。說一下幾個核心的屬性吧：

　　一、queue：隊列，object類型的數組，用於存儲數據，長度固定，當存儲的數據數量大於數組當度則拋出異常；

　　二、head：隊頭指針，int類型，用於記錄隊列頭部的位置信息。

　　三、tail：隊尾指針，int類型，用於記錄隊列尾部的位置信息。

　　四、size：隊列長度，隊列長度大於等於0或者小於等於數組長度。

複製代碼
/**

• 隊列管道，當管道中存放的數據大於隊列的長度時將不會再offer數據，直至從隊列中poll數據後
  */
  private Object[] queue;
  //隊列的頭部，獲取數據時老是從頭部獲取
  private int head;
  //隊列尾部，push數據時老是從尾部添加
  private int tail;
  //隊列長度
  private int size;
  //數組中能存放數據的最大容量
  private final static int MAX_CAPACITY = 1<<30;
  //數組長度
  private int capacity;
  //最大下標
  private int maxIndex;
  複製代碼
  　　

　　3、數據結構

　　圖中，紅色部分即爲隊列的長度，數組的長度爲16。由於這個隊列是循環隊列，因此隊列的頭部不必定要在隊列尾部前面，只要隊列的長度不大於數組的長度就能夠了。

　　4、構造方法
　　一、MyQueue(int initialCapacity)：建立一個最大長度爲 initialCapacity的隊列。

　　二、MyQueue():建立一個默認最大長度的隊列，默認長度爲16；

複製代碼
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;
}
複製代碼

　　5、往隊列添加數據
　　添加數據時，首先判斷隊列的長度是否超出了數組的長度，若是超出了就添加失敗（也能夠設置成等待，等到有人消費了隊列裏的數據，而後再添加進去）。都是從隊列的尾部添加數據的，添加完數據後tail指針也會相應自增1。具體實現如一下代碼：

複製代碼
/**

• 往隊列尾部添加數據
• @param object 數據
  */
  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++;
  }
  複製代碼

　　6、向隊列中拉取數據
　　拉取數據是從隊列頭部拉取的，拉取完以後將該元素刪除，隊列的長度減一，head自增1。代碼以下：

複製代碼
/**

• 從隊列頭部拉出數據
• @return 返回隊列的第一個數據
  */
  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;
  }
  複製代碼
  　　

　　7、其餘方法
　　一、查看數據：這個方法跟拉取數據同樣都是獲取到隊列頭部的數據，區別是該方法不會將對頭數據刪除：

複製代碼
/**

• 查看第一個數據
• @return
  */
  public Object peek(){
  return queue[head];
  }
  複製代碼
  　　二、清空隊列：

複製代碼
/**

• 清空隊列
  */
  public void clear(){
  for (int i = 0; i < queue.length; i++) {
  queue[i] = null;
  }
  tail = head = -1;
  size = 0;
  }
  複製代碼
  　　完整的代碼以下：

複製代碼
/**

• 隊列
  */
  public class MyQueue {

  /**

  • 隊列管道，當管道中存放的數據大於隊列的長度時將不會再offer數據，直至從隊列中poll數據後
    */
    private Object[] queue;
    //隊列的頭部，獲取數據時老是從頭部獲取
    private int head;
    //隊列尾部，push數據時老是從尾部添加
    private int tail;
    //隊列長度
    private int size;
    //數組中能存放數據的最大容量
    private final static int MAX_CAPACITY = 1<<30;
    //數組長度
    private int capacity;
    //最大下標
    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;
  }

  /**

  • 往隊列尾部添加數據
  • @param object 數據
    */
    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++;
    }

  /**

  • 從隊列頭部拉出數據
  • @return 返回隊列的第一個數據
    */
    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;
    }

  /**

  • 查看第一個數據
  • @return
    */
    public Object peek(){
    return queue[head];
    }

  /**

  • 隊列中存儲的數據量
  • @return
    */
    public int size(){
    return size;
    }

  /**

  • 隊列是否爲空
  • @return
    */
    public boolean isEmpty(){
    return size == 0;
    }

  /**

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

  @Overridepublic 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) + "}";}}複製代碼