Java 队列 – Java 中的隊列

Java Queue 是 java.util 套件中可用的介面，並擴展了 java.util.Collection 介面。就像 Java List 一樣，Java Queue 是一個有序元素（或對象）的集合，但它執行插入和刪除操作的方式不同。我們可以使用 Queue 在處理這些元素之前存儲元素。

Java Queue

在這一部分，我們將討論 Java Queue 的一些重要點：

• java.util.Queue 介面是 java.util.Collection 介面的一個子類。
• 就像現實世界中的隊列一樣（例如，在銀行或自動取款機中），Queue 在隊列的末尾插入元素並從隊列的開頭刪除元素。
• Java Queue 表示一個有序元素列表。
• Java Queue 遵循先進先出（FIFO）的順序來插入和刪除元素。FIFO 意味著先進先出。
• Java Queue 支持 Collection 介面的所有方法。
• 最常用的 Queue 實現是 LinkedList、ArrayBlockingQueue 和 PriorityQueue。
• BlockingQueues 不接受 null 元素。如果進行任何與 null 相關的操作，它將拋出 NullPointerException。
• BlockingQueues 用於實現基於生產者/消費者的應用程序。
• BlockingQueues 是線程安全的。
• 所有在java.util套件中可用的佇列都是無界佇列，而在java.util.concurrent套件中可用的佇列都是有界佇列。
• 所有的Deques都不是線程安全的。
• ConcurrentLinkedQueue是一個基於鏈結節點的無界線程安全佇列。
• 所有的佇列都支持在佇列尾部插入和在佇列頭部刪除，除了Deques。
• Deques是佇列，但它們支持在兩端插入和刪除元素。

Java佇列類別圖

Java佇列介面擴展了Collection介面。Collection介面擴展了Iterable介面。一些常用的佇列實現類包括LinkedList、PriorityQueue、ArrayBlockingQueue、DelayQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityBlockingQueue等。AbstractQueue提供了Queue介面的骨架實現，以減少實現Queue的工作量。

Java佇列方法

在本節中，我們將討論一些有用且常用的Java佇列方法：

1. int size()：獲取集合中元素的數量。
2. boolean isEmpty()：檢查Set是否為空。
3. boolean contains(Object o)：如果Set包含指定的元素，則返回true。
4. Iterator iterator()：返回此Set中元素的迭代器。元素以無特定順序返回。
5. boolean removeAll(Collection c)：從Set中移除指定集合中包含的所有元素（可選操作）。
6. boolean retainAll(Collection c)：只保留Set中包含在指定集合中的元素（可選操作）。
7. void clear()：從Set中移除所有元素。
8. E remove(): Retrieves and removes the head of this queue.
9. E poll(): Retrieves and removes the head of this queue, or returns null if this queue is empty.
10. E peek(): Retrieves, but does not remove, the head of this queue, or returns null if this queue is empty.
11. boolean offer(E e)：如果立即插入指定的元素而不違反容量限制，則將其插入此隊列中。
12. E element(): Retrieves, but does not remove, the head of this queue.
13. boolean add(E e)：如果立即插入指定的元素而不違反容量限制，則將其插入此隊列中。成功時返回true，如果當前沒有可用空間，則拋出IllegalStateException。
14. Object[] toArray()：返回包含此Set中所有元素的數組。如果Set對其元素返回迭代器的順序有任何保證，則此方法必須以相同的順序返回元素。

Java Queue基礎

當Java Queue擴展Java Collection時，它也支持所有Collection接口操作。讓我們在以下的例子中探索一些簡單的操作：

package com.journaldev.queue;
import java.util.*;

public class QueueExample {
   public static void main(String[] args) {
		
	Queue queue = new LinkedList<>();
	queue.add("one");
	queue.add("two");
	queue.add("three");
	queue.add("four");
	System.out.println(queue);
		
	queue.remove("three");
	System.out.println(queue);
	System.out.println("Queue Size: " + queue.size());
	System.out.println("Queue Contains element 'two' or not? : " + queue.contains("two"));

	// 清空隊列
	queue.clear();
   }
}

輸出:-

[one, two, three, four]
[one, two, four]
Queue Size: 3
Queue Contains element 'two' or not? : true

Java數組轉隊列

在這裡，我們可以探索如何使用“Collections.addAll()”方法將Java數組轉換為隊列，並提供一個簡單的示例。

import java.util.*;

public class ArrayToQueue {
    public static void main(String[] args) {
		
	String nums[] = {"one","two","three","four","five"};
	Queue<String> queue = new LinkedList<>();
	Collections.addAll(queue, nums);
	System.out.println(queue);
   }
}

輸出:- 當我們運行上述程序時，將獲得以下輸出：

[one, two, three, four, five]

Java隊列轉數組

在這裡，我們將探討如何使用“toArray()”方法將Java隊列轉換為Java數組，並提供一個簡單的示例。

import java.util.*;

public class QueueToArray {
   public static void main(String[] args) {
		
	Queue<String> queue = new LinkedList<>();
	queue.add("one");
	queue.add("two");
	queue.add("three");
	queue.add("four");
	queue.add("five");
		
	String strArray[] = queue.toArray(new String[queue.size()]);
	System.out.println(Arrays.toString(strArray)); 

   }
}

輸出:- 當我們運行上述程序時，將獲得以下輸出：

[one, two, three, four, five]

Java隊列常見操作

Java隊列支持Collection接口支持的所有操作以及一些其他操作。它以兩種形式支持幾乎所有操作。

• 一組操作如果操作失敗會拋出異常。
• 另一組操作如果操作失敗會返回特殊值。

以下表格簡要解釋了所有隊列的常見操作。

我們將在接下來的部分中逐個操作進行詳細討論，並提供一些有用的示例。

Java 隊列插入操作

在本節中，我們將詳細討論 Java 隊列插入操作，並提供一些有用的示例。如果此操作成功執行，它將返回“true”值。正如我們所知，隊列支持兩種形式的插入操作：

• Queue.add(e)：如果操作失敗，它會拋出異常。- Queue.offer(e)：如果操作失敗，它會返回一個特殊值。

注意：-這裡的特殊值可以是“false”或“null”

隊列 add() 操作

add() 操作用於將新元素插入隊列中。如果成功執行插入操作，它將返回“true”值。否則，它會拋出 java.lang.IllegalStateException。讓我們開發一個簡單的示例來演示此功能。

import java.util.concurrent.*;

public class QueueAddOperation {
   public static void main(String[] args) {
		
	BlockingQueue<String> queue = new ArrayBlockingQueue<>(2);

	System.out.println(queue.add("one"));
	System.out.println(queue.add("two"));
	System.out.println(queue);
	System.out.println(queue.add("three"));
	System.out.println(queue);
   }
}

輸出:- 當我們執行上面的程式時，將獲得以下輸出：

true
true
[one, two]
Exception in thread "main" java.lang.IllegalStateException: Queue full

由於我們的佇列僅限於兩個元素，當我們嘗試使用BlockingQueue.add()添加第三個元素時，它會拋出如上所示的例外。

佇列offer()操作

offer()操作用於將新元素插入佇列。如果成功執行插入操作，它將返回“true”值。否則它將返回“false”值。讓我們開發一個簡單的範例來演示此功能。

import java.util.concurrent.*;

public class QueueOfferOperation {
   public static void main(String[] args) {
		
	BlockingQueue<String> queue = new ArrayBlockingQueue<>(2);

	System.out.println(queue.offer("one"));
	System.out.println(queue.offer("two"));
	System.out.println(queue);
	System.out.println(queue.offer("three"));
	System.out.println(queue);
   }
}

輸出:- 當我們執行上面的程式時，將獲得以下輸出：

true
true
[one, two]
false
[one, two]

由於我們的佇列僅限於兩個元素，當我們嘗試使用BlockingQueue.offer()操作添加第三個元素時，它將返回“false”值，如上所示。

Java佇列刪除操作

在這一部分中，我們將詳細討論Java佇列刪除操作，並提供一些有用的示例。如果成功執行，刪除操作將返回佇列的頭元素。由於我們知道，佇列支援兩種形式的刪除操作：

• Queue.remove()：
  如果操作失敗，它會拋出異常。- Queue.poll()：
  如果操作失敗，它將返回一個特殊值。

注意：此處特殊值可能是“false”或“null”

隊列 remove() 操作

remove() 操作用於從隊列頭部刪除元素。如果成功執行刪除操作，將返回隊列的頭元素。否則，它會拋出 java.util.NoSuchElementException。讓我們開發一個簡單的示例來演示此功能。

import java.util.*;

public class QueueRemoveOperation 
{
   public static void main(String[] args) 
   {		
	Queue<String> queue = new LinkedList<>();
	queue.offer("one");
	queue.offer("two");		
	System.out.println(queue);		
	System.out.println(queue.remove());
	System.out.println(queue.remove());		
	System.out.println(queue.remove());		
   }
}

輸出：當我們運行上面的程序時，我們將獲得以下輸出：

[one, two]
one
two
Exception in thread "main" java.util.NoSuchElementException

由於我們的隊列只有兩個元素，當我們嘗試第三次調用 remove() 方法時，它會拋出上面顯示的異常。注意：Queue.remove(element) 用於從隊列中刪除指定的元素。如果成功執行刪除操作，它將返回“true”值。否則，它將返回“false”值。

隊列 poll() 操作

poll() 操作用於從隊列頭部刪除元素。如果成功執行刪除操作，它將返回隊列的頭元素。否則，它將返回“null”值。讓我們開發一個簡單的示例來演示此功能。

import java.util.*;

public class QueuePollOperation 
{
   public static void main(String[] args) 
   {		
	Queue<String> queue = new LinkedList<>();
	queue.offer("one");
	queue.offer("two");		
	System.out.println(queue);		
	System.out.println(queue.poll());
	System.out.println(queue.poll());		
	System.out.println(queue.poll());		
   }
}

輸出:- 當我們運行上面的程序時，我們將獲得以下輸出：

[one, two]
one
two
null

由於我們的隊列只有兩個元素，當我們嘗試第三次調用poll()方法時，它將返回null值，如上所示。

Java隊列檢查操作

在本節中，我們將詳細討論Java隊列檢查操作，並提供一些有用的示例。如果此操作成功執行，它將返回隊列的頭元素而不將其移除。正如我們所知，隊列支持以兩種形式進行檢查操作：

• Queue.element():
  如果操作失敗，它會拋出一個異常。- Queue.peek():
  如果操作失敗，它將返回一個特殊值。

注意:- 這裡的特殊值可以是“false”或“null”

隊列元素()操作

element()操作用於從隊列的頭部檢索元素，而不將其移除。如果執行檢查操作成功，它將返回隊列的頭元素。否則，它將拋出java.util.NoSuchElementException。讓我們開發一個簡單的示例來演示此功能。

import java.util.*;

public class QueueElementOperation {
   public static void main(String[] args) {
		
	Queue<String> queue = new LinkedList<>();
	queue.add("one");
		
	System.out.println(queue.element());
	System.out.println(queue);
	queue.clear();
	System.out.println(queue.element());
   }
}

輸出:- 當我們運行上面的程序時，我們將獲得以下輸出：

one
[one]
Exception in thread "main" java.util.NoSuchElementException

如果我們嘗試在空佇列上調用element()方法，它將拋出如上所示的異常。

佇列 peek() 操作

peek() 操作用於從佇列頭部檢索元素，而不移除它。如果成功執行檢查操作，它將返回佇列的頭元素。否則，它將返回空值。讓我們開發一個簡單的示例來演示此功能。

import java.util.*;

public class QueuePeekOperation {
   public static void main(String[] args) {
		
	Queue<String> queue = new LinkedList<>();
	queue.add("one");
		
	System.out.println(queue.peek());
	System.out.println(queue);
	queue.clear();
	System.out.println(queue.peek());
   }
}

輸出:- 當我們運行上面的程序時，我們將得到以下輸出：

one
[one]
null

如果我們嘗試在空佇列上調用peek()方法，它將返回空值，但不會拋出如上所示的異常。

Java 佇列分類

在Java中，我們可以找到許多佇列實現。我們可以將它們大致分為以下兩類：

• 有界佇列
• 無界佇列

有界佇列是由容量限制的佇列，這意味著我們需要在創建時提供佇列的最大大小。例如，ArrayBlockingQueue（參見上一個例子）。無界佇列是指不受容量限制的佇列，這意味著我們不應該提供佇列的大小。例如，LinkedList（參見上一個例子）。所有在java.util包中可用的佇列都是無界佇列，而在java.util.concurrent包中可用的佇列都是有界佇列。換句話說，我們可以將它們廣泛地分為以下兩類：

• 阻塞佇列
• 非阻塞佇列

所有實現BlockingQueue接口的佇列都是阻塞佇列，其餘的都是非阻塞佇列。阻塞佇列會阻塞，直到完成任務或超時，而非阻塞佇列則不會。一些佇列是Deques，一些佇列是PriorityQueues。

阻塞佇列操作

除了佇列的兩種操作形式外，阻塞佇列還支持如下兩種形式的操作。

某些操作會阻塞，直到完成任務，而其他操作則會阻塞，直到超時。這就是關於Java中佇列的快速概述。我希望這些Java佇列示例能幫助您開始進行佇列集合編程。如果您喜歡我的教程，有任何建議、問題或打字錯誤，請給我留言。謝謝。