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使用Queue

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队列(Queue)是一种经常使用的集合。Queue实际上是实现了一个先进先出(FIFO:First In First Out)的有序表。它和List的区别在于,List可以在任意位置添加和删除元素,而Queue只有两个操作:

  • 把元素添加到队列末尾;
  • 从队列头部取出元素。

超市的收银台就是一个队列:

queue

在Java的标准库中,队列接口Queue定义了以下几个方法:

  • int size():获取队列长度;
  • boolean add(E)/boolean offer(E):添加元素到队尾;
  • E remove()/E poll():获取队首元素并从队列中删除;
  • E element()/E peek():获取队首元素但并不从队列中删除。

对于具体的实现类,有的Queue有最大队列长度限制,有的Queue没有。注意到添加、删除和获取队列元素总是有两个方法,这是因为在添加或获取元素失败时,这两个方法的行为是不同的。我们用一个表格总结如下:

throw Exception返回false或null
添加元素到队尾add(E e)boolean offer(E e)
取队首元素并删除E remove()E poll()
取队首元素但不删除E element()E peek()

举个栗子,假设我们有一个队列,对它做一个添加操作,如果调用add()方法,当添加失败时(可能超过了队列的容量),它会抛出异常:

Queue<String> q = ...
try {
    q.add("Apple");
    System.out.println("添加成功");
} catch(IllegalStateException e) {
    System.out.println("添加失败");
}

如果我们调用offer()方法来添加元素,当添加失败时,它不会抛异常,而是返回false

Queue<String> q = ...
if (q.offer("Apple")) {
    System.out.println("添加成功");
} else {
    System.out.println("添加失败");
}

当我们需要从Queue中取出队首元素时,如果当前Queue是一个空队列,调用remove()方法,它会抛出异常:

Queue<String> q = ...
try {
    String s = q.remove();
    System.out.println("获取成功");
} catch(IllegalStateException e) {
    System.out.println("获取失败");
}

如果我们调用poll()方法来取出队首元素,当获取失败时,它不会抛异常,而是返回null

Queue<String> q = ...
String s = q.poll();
if (s != null) {
    System.out.println("获取成功");
} else {
    System.out.println("获取失败");
}

因此,两套方法可以根据需要来选择使用。

注意:不要把null添加到队列中,否则poll()方法返回null时,很难确定是取到了null元素还是队列为空。

接下来我们以poll()peek()为例来说说“获取并删除”与“获取但不删除”的区别。对于Queue来说,每次调用poll(),都会获取队首元素,并且获取到的元素已经从队列中被删除了:

import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;
----
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Queue<String> q = new LinkedList<>();
        // 添加3个元素到队列:
        q.offer("apple");
        q.offer("pear");
        q.offer("banana");
        // 从队列取出元素:
        System.out.println(q.poll()); // apple
        System.out.println(q.poll()); // pear
        System.out.println(q.poll()); // banana
        System.out.println(q.poll()); // null,因为队列是空的
    }
}

如果用peek(),因为获取队首元素时,并不会从队列中删除这个元素,所以可以反复获取:

import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;
----
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Queue<String> q = new LinkedList<>();
        // 添加3个元素到队列:
        q.offer("apple");
        q.offer("pear");
        q.offer("banana");
        // 队首永远都是apple,因为peek()不会删除它:
        System.out.println(q.peek()); // apple
        System.out.println(q.peek()); // apple
        System.out.println(q.peek()); // apple
    }
}

从上面的代码中,我们还可以发现,LinkedList即实现了List接口,又实现了Queue接口,但是,在使用的时候,如果我们把它当作List,就获取List的引用,如果我们把它当作Queue,就获取Queue的引用:

// 这是一个List:
List<String> list = new LinkedList<>();
// 这是一个Queue:
Queue<String> queue = new LinkedList<>();

始终按照面向抽象编程的原则编写代码,可以大大提高代码的质量。

小结

队列Queue实现了一个先进先出(FIFO)的数据结构:

  • 通过add()/offer()方法将元素添加到队尾;
  • 通过remove()/poll()从队首获取元素并删除;
  • 通过element()/peek()从队首获取元素但不删除。

要避免把null添加到队列。


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