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TUhjnbcbe - 2021/4/22 20:00:00
程少为看皮肤病好吗 http://m.39.net/pf/a_8498648.html

Hello大家好,好久不见,我是最近写了好多bug的八哥。之前和大家分享了面试常用数据结构中的基础,数组与链表。如果还没有阅读的话,快点击下面的图片阅读复习一下吧。

今天我们来讲一下线性数据结构中的『队列』,来看看数组和链表在数据结构中的应用。

什么是队列?

队列Queue这种数据结构其实来源于我们生活中,排队上车,排队买饭,先来先买,后来的就乖乖在队尾等着。因此FirstInFirstOut(FIFO)是队列最重要的特点,很形象生动地概括了队列的特点。

队列不同于数组和链表这两种基础的数据结构,队列更多是一种逻辑上的数据结构,也就是说队列是通过基础数据结构进行实现的。也因此一般Queue会有链表和数组两种实现方式,以应对于不同的用途。

Queue

图源:Wikipedia

同时队列在实际productionsystem中也是非常重要的一种中间件,『消息队列』MessageQueue也是Queue很重要的一种应用。只不过是对于Queue这种数据结构,我们通过primitive的数组和链表实现,对于MessageQueue我们就需要更复杂的内部实现了。

Queue的实现

前面我们说过,Queue不是一种primitive的数据结构,依赖于其他数据结构进行实现,而且都属于线性数据结构。队列的实现一般有两种,即数组和链表。

在Java中也默认有两种impelmentation:

ArrayDequeLinkedList

其中ArrayDeque是基于数组进行实现,这两种实现最大的区别就是,能否存null元素。其中ArrayDeque不允许存储null:

链表

对于LinkedList实现队列,比较容易实现。只要我们明确头和尾即可。每次操作时在链表尾部插入新元素来实现入队:

链表实现入队操作

对于出队,在链表头部删除元素更新head指针,即可完成操作。

链表实现出队操作数组

对于数组实现队列,一般是一个固定capacity的队列,因此可以用一个定长的数组进行实现,维护一个head和tail指针即可:

offer():在tail处添加新元素并tail++poll():在head处get新元素并head++数组通过指针实现队列

这样会产生一个问题,如果对于一个数组我们最终head和tail指针都靠近数组尾部时,之前poll出去的部分存储空间仍然存储着原来本应该被删除的元素,就浪费了很多存储空间存储无用的数据:

数组队列的无用空间

因此为了优化空间,我们会使用CircularArray将数组的首尾连接起来,从而有效利用原来的空间:

CircularArrayJava中的Queue

在讨论了Queue的实现之后,我们来看一下实际使用中Java里的Queue是什么样子的,以及API如何使用。在Java中对于队列,我们一般有两种接口,Queue和Deque。

Queue

根据我们前面的讨论,最基本的队列需要支持的操作就是『入队』和『出队』,也因此Queue这种数据结构最重要的API一般就是以下三种:

offer():在队尾添加新的元素,入队开始排队poll():从队头取出第一个元素peek():看一眼队头的第一个元素是什么Deque

Deque是一种高级一点的队列,双端队列。顾名思义,就是在两头都可以入队和出队,因此API就翻了一倍:

offerFirst()offerLast():在队头或队尾入队pollFirst()pollLast():在队头或队尾出队peekFirst()peekLast():看一眼队头或队尾

双端队列比普通队列多了更多的功能,因此可以看到Queue就是一种特殊的Deque,只要我们在Deque中规定了入队和出队的位置,就只是一个普通的队列。

API比较

在Oracle的官方Java文档中对于Queue和Deque两种接口的API有详细讨论,官方提供了两套API:

returnnull:对于空队列的情况,会返回异常值nullthrowexception:设计时默认队列任何时候都不应该为空,对于空队列会报错抛出异常

对于Queue来说,两套API的区别如下:

QueueAPI

Ref:

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