Loading [MathJax]/jax/output/CommonHTML/config.js
前往小程序,Get更优阅读体验!
立即前往
首页
学习
活动
专区
圈层
工具
发布
首页
学习
活动
专区
圈层
工具
MCP广场
社区首页 >专栏 >为何我建议你学会Queue集合

为何我建议你学会Queue集合

原创
作者头像
JavaSouth南哥
发布于 2024-09-03 09:18:11
发布于 2024-09-03 09:18:11
2740
举报
文章被收录于专栏:JavaSouth系列JavaSouth系列

先赞后看,南哥助你Java进阶一大半

PriorityQueue的底层数据结构就如andrewlock.net网站提供的图一样,虽然PriorityQueue是一个平衡二叉堆,但JDK底层的实现却是:一个普普通通的二维数组!!

我是南哥,一个Java学习与进阶的领路人,相信对你通关面试、拿下Offer进入心心念念的公司有所帮助。

⭐⭐⭐本文收录在《Java学习/进阶/面试指南》:https://github..JavaSouth

1. Queue集合

1.1 Queue集合概述

面试官:你说说Queue集合都有什么常用类?

JDK源码对Queue集合是这么解释的,大家看看。

A collection designed for holding elements prior to processing.

专为在处理之前保存元素而设计的集合。

南哥是这么理解的,List集合用于存储常用元素、Map集合用于存储具有映射关系的元素、Set集合用于存储唯一性的元素。Queue集合呢?所有的数据结构都是为了解决业务问题而生,而Queue集合这种数据结构能够存储具有先后时间关系的元素,很适用于在业务高峰期,需要缓存当前任务的业务场景。像Kafka、RabbitMQ、RocketMQ都是队列任务这种思想。

Queue集合底层接口提供的方法很简单,一共有 6 个。

代码语言:java
AI代码解释
复制
    // 添加元素。没有可用元素则简单返回false
    boolean offer(E e);
代码语言:java
AI代码解释
复制
    // 添加元素。没有可用元素则抛出IllegalStateException
    boolean add(E e);
代码语言:java
AI代码解释
复制
    // 移除队列的头部元素。如果此队列为空则返回null 。
    E poll();
代码语言:java
AI代码解释
复制
    // 移除队列的头部元素。该方法和poll不同之处在于,如果此队列为空,则抛出异常。
    E remove();
代码语言:java
AI代码解释
复制
    // 检索但不移除此队列的头部。如果此队列为空,则返回null 。
    E peek();
代码语言:java
AI代码解释
复制
    // 检索但不移除此队列的头部。该方法和peek唯一不同之处在于,如果此队列为空,则抛出异常
    E element();

Queue集合常用的实现类如下,我会一一讲来。包括双端队列的两个实现类:LinkedList、ArrayDeque,优先级队列:PriorityQueue,线程安全相关的Queue实现类:LinkedBlockingQueue、ArrayBlockingQueue、ConcurrentLinkedQueue。

1.2 双端队列

面试官:双端队列的两个实现类知道吧?

双端队列是Queue集合的一个子接口,顾名思义相比普通队列来说,双端队列可以往前、也可以往后顺序插入元素。比如我下面给出一段队列的初始化。

代码语言:java
AI代码解释
复制
        Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
        Deque<Integer> deque = new LinkedList<>();

        queue.add(1);
        deque.addLast(1);
        deque.addFirst(1);

同样是new LinkedList<>()来实例化队列,如果使用双端队列Deque接口,那这个队列就可以使用addFirstaddLast等双端队列特有的方法。

有南友就会问:那ArrayQueue呢?这两者都是双端队列Deque的底层实现,但底层数据结构不同,LinkedList底层数据结构是一个双向链表,看看它有前指针next、后指针prev

代码语言:java
AI代码解释
复制
    private static class Node<E> {
        E item;
        Node<E> next;
        Node<E> prev;

        Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
    }

而ArrayDeque底层数据结构是一个Object类型的数组。

代码语言:java
AI代码解释
复制
    transient Object[] elements;

为什么要这么设计呢?其实这两种不同的设计就可以高效适用于不同的业务场景。双向链表实现的Deque随机查找的性能差,但插入、删除元素时性能非常出色,适用于修改操作更频繁的业务场景。

而数组实现的Deque,也就是ArrayDeque,它的插入、删除操作性能不如前者,但随机查找的性能非常出色,更适用于查询操作更频繁的业务场景。

1.3 优先级队列

面试官:优先级队列有什么作用?

优先级队列的实现类叫PriorityQueue,PriorityQueue虽然属于队列的一份子,不过它违背了队列最基本的原则:FIFO先进先出原则。它背叛了组织!

PriorityQueue的特性是它并不按常规队列一样顺序存储,而是根据元素的自然顺序进行排序,使用出队列的方法也是输出当前优先级最高的元素。例如以下代码输出的一样。

代码语言:java
AI代码解释
复制
    public static void main(String[] args) {
        Queue<Integer> queue = new PriorityQueue<>();
        queue.offer(6);
        queue.offer(1);
        queue.offer(3);

        System.out.println(queue.poll());
        System.out.println(queue.poll());
        System.out.println(queue.poll());
    }
代码语言:shell
AI代码解释
复制
# 执行结果
1
3
6

但如果我们直接打印PriorityQueue的所有元素,发现他其实并不是按元素的自然顺序进行存储。

代码语言:java
AI代码解释
复制
    public static void main(String[] args) {
        Queue<Integer> queue = new PriorityQueue<>();
        queue.offer(6);
        queue.offer(1);
        queue.offer(3);

        System.out.println(queue);
    }
代码语言:shell
AI代码解释
复制
# 执行结果
[1, 6, 3]

why?其实PriorityQueue底层数据结构是一个平衡二叉堆transient Object[] queue,如果你直接打印,打印的是堆里面的存储元素。

对于PriorityQueue来说,它只保证你使用poll()操作时,返回的是队列中最小、或最大的元素。

1.4 阻塞队列

面试官:阻塞队列呢?

JDK提供的阻塞队列接口为BlockingQueue,南哥先说说BlockingQueue的子类实现之一:ArrayBlockingQueue。

阻塞队列的特别之处在于当生产者线程会往队列放入元素时,如果队列已满,则生产者线程会进入阻塞状态;而当消费者线程往队列取出元素时,如果队列空了,则消费者线程会进入阻塞状态。

但队列的状态从满变为不满,消费者线程会唤醒生产者线程继续生产;队列的状态从空变为不空,生产者线程会唤醒消费者线程继续消费。

所以ArrayBlockingQueue很适合用于实现生产者、消费者场景。大家看看这个Demo。

代码语言:java
AI代码解释
复制
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个容量为 3 的ArrayBlockingQueue
        BlockingQueue<Integer> queue = new ArrayBlockingQueue<>(3);

        // 创建并启动生产者线程
        Thread producerThread = new Thread(new Producer(queue));
        Thread consumerThread = new Thread(new Consumer(queue));
        producerThread.start();
        consumerThread.start();
    }
}

// 生产者类
class Producer implements Runnable {
    private BlockingQueue<Integer> queue;

    public Producer(BlockingQueue<Integer> queue) {
        this.queue = queue;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            for (int i = 1; i <= 6; i++) {
                System.out.println("生产者生产了: " + i);
                queue.put(i);
                Thread.sleep(150); // 模拟生产过程中的延迟
            }
            queue.put(-1); // 使用特殊值表示结束生产
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        }
    }
}

// 消费者类
class Consumer implements Runnable {
    private BlockingQueue<Integer> queue;

    public Consumer(BlockingQueue<Integer> queue) {
        this.queue = queue;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            while (true) {
                Integer item = queue.take();
                if (item == -1) {
                    break; // 遇到特殊值,退出循环
                }
                System.out.println("消费者消费了: " + item);
                Thread.sleep(100); // 模拟消费过程中的延迟
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        }
    }
}
代码语言:shell
AI代码解释
复制
# 执行结果
生产者生产了: 1
消费者消费了: 1
生产者生产了: 2
消费者消费了: 2
生产者生产了: 3
消费者消费了: 3
生产者生产了: 4
消费者消费了: 4
生产者生产了: 5
消费者消费了: 5
生产者生产了: 6
消费者消费了: 6

LinkedBlockingQueue也是阻塞队列的实现之一,不过它和上面的ArrayBlockingQueue区别在于底层数据结构是由双向链表进行实现。

代码语言:java
AI代码解释
复制
    // LinkedBlockingQueue源码双向链表
    transient Node<E> head;
    private transient Node<E> last;

戳这,《JavaSouth》作为一份涵盖Java程序员所需掌握核心知识、面试重点的《Java学习进阶指南》。

我是南哥,南就南在Get到你的有趣评论➕点赞➕关注。

创作不易,不妨点赞、收藏、关注支持一下,各位的支持就是我创作的最大动力❤️

原创声明:本文系作者授权腾讯云开发者社区发表,未经许可,不得转载。

如有侵权,请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

原创声明:本文系作者授权腾讯云开发者社区发表,未经许可,不得转载。

如有侵权,请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

评论
登录后参与评论
暂无评论
推荐阅读
编辑精选文章
换一批
四大集合20连问,抗住!
业务开发究竟要使用LinkedList还是ArrayList?ArrayList查询性能更高,但LinkedList插入、删除效率更高。
JavaSouth南哥
2024/10/28
1940
四大集合20连问,抗住!
干货 | 45张图庖丁解牛18种Queue,你知道几种?
在讲《21张图讲解集合的线程不安全》那一篇,我留了一个彩蛋,就是Queue(队列)还没有讲,这次我们重点来看看Java中的Queue家族,总共涉及到18种Queue。这篇恐怕是市面上最全最细 讲解Queue的。
悟空聊架构
2020/09/10
5340
Java 并发编程:解析多种队列类型的用途 Queue Nice !!!
Java 中的队列有很多,例如:ArrayBlockingQueue、LinkedBlockingQueue、PriorityQueue、DelayQueue、SynchronousQueue 等,那它们的作用是什么?又是如何分类的呢?
杨不易呀
2023/10/05
5270
Java 并发编程:解析多种队列类型的用途 Queue Nice !!!
多线程编程学习六(Java 中的阻塞队列).
阻塞队列(BlockingQueue)是指当队列满时,队列会阻塞插入元素的线程,直到队列不满;当队列空时,队列会阻塞获得元素的线程,直到队列变非空。阻塞队列就是生产者用来存放元素、消费者用来获取元素的容器。
JMCui
2021/12/24
5570
多线程编程学习六(Java 中的阻塞队列).
Java中的5大队列,你知道几个?
通过前面文章的学习《一文详解「队列」,手撸队列的3种方法!》我们知道了队列(Queue)是先进先出(FIFO)的,并且我们可以用数组、链表还有 List 的方式来实现自定义队列,那么本文我们来系统的学习一下官方是如何实现队列的。
磊哥
2020/10/29
1.6K0
Java中的5大队列,你知道几个?
简单易懂的Java Queue入门教程!
今天我要给大家分享一些自己日常学习到的一些知识点,并以文字的形式跟大家一起交流,互相学习,一个人虽可以走的更快,但一群人可以走的更远。
喵手
2023/11/17
3100
简单易懂的Java Queue入门教程!
并发编程之queue
一、什么是queue 队列是一种特殊的线性表,它只允许在表的前端(front)进行删除操作,而在表的后端(rear)进行插入操作。进行插入操作的端称为队尾,进行删除操作的端称为队头。队列中没有元素时,称为空队列。 在队列这种数据结构中,最先插入的元素将是最先被删除的元素;反之最后插入的元素将是最后被删除的元素,因此队列又称为“先进先出”(FIFO—first in first out)的线性表。 Queue接口与List、Set同一级别,都是继承了Collection接口。LinkedList实现了Dequ
lyb-geek
2018/03/27
8590
并发编程之queue
数据结构 | Java 队列 —— Queue 详细分析
摘要: 原创出处 https://www.cnblogs.com/lemon-flm/p/7877898.html 「低调人生」欢迎转载,保留摘要,谢谢!
芋道源码
2018/07/31
1.3K0
数据结构 | Java 队列 —— Queue 详细分析
Java 队列详解
Queue 接口与 List、Set 同一级别,都是继承了 Collection 接口。LinkedList 实现了 Deque接口。
子晋
2022/01/18
7180
Java 队列详解
Java集合篇之深度解析Queue,单端队列、双端队列、优先级队列、阻塞队列
队列是Java中的一个集合接口,之前的文章已经讲解了List和Set,那么今天就来唠一唠它吧。队列的特点:存储的元素是有序的、可重复的。
JavaBuild
2024/05/27
2610
Java集合篇之深度解析Queue,单端队列、双端队列、优先级队列、阻塞队列
Java 中的队列 Queue
我们都知道队列(Queue)是一种先进先出(FIFO)的数据结构,Java中定义了java.util.Queue接口用来表示队列。Java中的Queue与List、Set属于同一个级别接口,它们都是继承于Collection接口。
凯哥Java
2022/12/16
6390
突击并发编程JUC系列-阻塞队列 BlockingQueue
阻塞队列(BlockingQueue)是一个支持两个附加操作的队列。这两个附加的操作支持阻塞的插入和移除方法。
山间木匠
2020/10/23
6300
突击并发编程JUC系列-阻塞队列 BlockingQueue
一文带你彻底掌握阻塞队列!
在之前的文章中,我们介绍了生产者和消费者模型的最基本实现思路,相信大家对它已经有一个初步的认识。
Java极客技术
2023/11/16
7930
一文带你彻底掌握阻塞队列!
线程池和队列学习,队列在线程池中的使用,什么是队列阻塞,什么是有界队列「建议收藏」
2,在ExecuorService中提供了newSingleThreadExecutor,newFixedThreadPool,newCacheThreadPool,newScheduledThreadPool四个方法,这四个方法返回的类型是ThreadPoolExecutor。
全栈程序员站长
2022/08/09
3.3K0
线程池和队列学习,队列在线程池中的使用,什么是队列阻塞,什么是有界队列「建议收藏」
算法与数据结构(3),并发结构
本来已经合上电脑了,躺在床上,翻来覆去睡不着,索性,不睡了,起床,听听歌,更新简书,这可能是这一系列的最后一篇,脚趾的伤也好的差不多了,下个礼拜就要全身心找工作了。
小鄧子
2018/08/20
3110
算法与数据结构(3),并发结构
快速上手JUC下常见并发容器
多线程环境下Java提供的一些简单容器都无法使用了,此时要用到JUC中的容器,由于 ConcurrentHashMap 是高频考点,用到也比较多因此着重写过了,其余的容器就看今天咯。
sowhat1412
2020/12/14
7690
快速上手JUC下常见并发容器
Java 阻塞队列 BlockingQueue 介绍: put,add 和 offer 三个方法
在多线程编程中,经常需要使用线程安全的数据结构,用于在不同线程之间进行数据交换和通信。Java提供了一种称为阻塞队列(BlockingQueue)的数据结构,它是线程安全的队列实现,提供了一些特殊的方法来处理多线程环境下的数据交换问题。本文将介绍阻塞队列的基本概念和在Java中使用的三种常见方法:put,add和offer。
大盘鸡拌面
2023/11/02
9290
【小家java】BlockingQueue阻塞队列详解以及5大实现(ArrayBlockingQueue、DelayQueue、LinkedBlockingQueue...)
在新增的Concurrent包中,BlockingQueue很好的解决了多线程中,如何高效安全“传输”数据的问题。通过这些高效并且线程安全的队列类,为我们快速搭建高质量的多线程程序带来极大的便利。本文详细介绍了BlockingQueue家庭中的所有成员,包括他们各自的功能以及常见使用场景。
YourBatman
2019/09/03
1.4K0
【小家java】BlockingQueue阻塞队列详解以及5大实现(ArrayBlockingQueue、DelayQueue、LinkedBlockingQueue...)
【小家java】一道多线程面试题引发对BlockingQueue的使用的思考
在新增的Concurrent包中,BlockingQueue很好的解决了多线程中,如何高效安全“传输”数据的问题。通过这些高效并且线程安全的队列类,为我们快速搭建高质量的多线程程序带来极大的便利。本文详细介绍了BlockingQueue家庭中的所有成员,包括他们各自的功能以及常见使用场景。
YourBatman
2019/09/03
8860
Android多线程编程__阻塞队列
我们可以看到,ArrayBockingQueue 维护了一个 Object 类型的数组,takeIndex 和 putIndex 分别表示队首元素和队尾元素的下标,count表示队列中元素的个数,接着往下看
Petterp
2022/02/09
1.1K0
Android多线程编程__阻塞队列
推荐阅读
相关推荐
四大集合20连问,抗住!
更多 >
领券
问题归档专栏文章快讯文章归档关键词归档开发者手册归档开发者手册 Section 归档