队列-来看Java骚操作

队列基本概念

队列（Queue）是一种常见的数据结构，采用先进先出（FIFO，First-In-First-Out）的策略来管理数据。类似于现实生活中的排队，新元素从队尾进入队列，而队列中的元素从队头开始依次出队。

队列的特点及特点分析

- 元素只能从队尾插入，从队头删除。- 队列中的元素按照插入的顺序依次排列，保持了元素间的相对顺序。- 只能访问队头和队尾元素，无法访问队列中间的元素。

元素只能从队尾插入，从队头删除

队列中的元素必须按照其插入的顺序排列。新元素只能从队尾插入，而移除元素只能从队头删除。

队列中的元素按照插入的顺序依次排列

队列保持了元素间的相对顺序，即插入元素的顺序决定了元素的排列顺序。

只能访问队头和队尾元素，无法访问中间的元素

队列特别强调了对头和队尾的操作，而无法访问队列中间的元素。

队列的基本操作

- 入队（enqueue）：将元素插入到队尾。- 出队（dequeue）：删除队头元素，并返回删除的元素。- 获取队头元素（front）：返回队头元素，但不删除。- 获取队列长度（size）：返回队列中元素的个数。- 判断队列是否为空（isEmpty）：如果队列为空，则返回 true；否则返 回 false。

入队（enqueue）：将元素插入到队尾。

首先，检查队列是否已满。如果队列已满，无法插入新元素。如果队列未满，将新元素插入到队列的末尾。插入操作后，队列的长度会增加。

出队（dequeue）：删除队头元素，并返回被删除的元素。

首先，检查队列是否为空。如果队列为空，无法执行出队操作。如果队列不为空，删除队列的头部元素，并返回被删除的元素。删除操作后，队列的长度会减少。

获取队头元素（front）：返回队头元素，但不删除。

首先，检查队列是否为空。如果队列为空，无法获取队头元素。如果队列不为空，返回队列的头部元素，但不对队列做任何修改。

获取队列长度（size）：返回队列中元素的个数。

遍历队列，计算队列中元素的个数。

判断队列是否为空（isEmpty）：如果队列为空，则返回 true；否则返回false。

检查队列的长度是否为 0。如果队列长度为 0，说明队列为空；否则队列非空。

总结

这些基本操作可以让我们对队列进行常用的操作，插入新元素、删除元素、访问元素和判断队列的状态。通过正确使用这些操作，我们可以很方便地操作队列并解决实际问题。

队列的应用场景

队列是一种常见的数据结构，在计算机科学的各个领域都有广泛的应用。

- 操作系统中的进程调度- 网络通信中的消息队列-  网络通信中的消息队列- 高性能计算中的任务调度- 缓存淘汰策略- 安全性系统中的请求处理

操作系统中的进程调度

在操作系统中，进程按照其到达的顺序排队等待处理。新进程被插入到进程队列的末尾，而调度器会从队列的头部选择下一个要执行的进程。这遵循队列的先进先出策略，确保先到达的进程先执行。

网络通信中的消息队列

消息队列被广泛应用于网络通信系统，用于解耦发送者和接收者之间的关系。发送者将消息放入队列的末尾，接收者从队列的头部获取消息进行处理。这种方式确保了消息的可靠传递，并减少了发送者和接收者之间的直接耦合。

高性能计算中的任务调度

在高性能计算环境中，任务可能以非常快的速度同时到达。任务调度器使用队列来管理任务，确保按照先到达的顺序执行任务。新任务被插入到任务队列的末尾，而调度器会从队列的头部选择下一个要执行的任务。

广度优先搜索算法（BFS）

在图的搜索算法中，广度优先搜索使用队列来维护待访问的节点。从起始节点开始，将其放入队列中，然后依次访问其相邻节点，并将新访问的节点放入队列尾部。这样可以确保按照距离从起始节点逐层遍历图，直到达到目标节点。

缓存淘汰策略

在缓存系统中，当缓存空间已满时，需要根据一定的策略来选择要淘汰的缓存项。常用的策略是最近最少使用（LRU）策略，它维护一个队列，最近被访问过的缓存项排在队列的末尾。当需要淘汰缓存项时，队列头部的元素即为最少使用的缓存项。

安全性系统中的请求处理

在安全性系统中，请求可能同时到达，需要按照先到达的顺序进行处理。队列用于管理请求，确保按照先来先服务的原则进行处理。新请求被插入到队列的末尾，然后逐个处理，保证公平性和安全性。

这些仅仅是队列应用的一小部分

队列作为一种简单且高效的数据结构，可以在各种情境下应用，例如任务调度、消息传递、网络通信等。通过合理应用队列，我们可以提高系统的效率和性能，并简化问题的处理。

注意事项

在使用队列时，有一些注意事项需要考虑，以确保正确、高效地使用这种数据结构。以下是一些详细的解读：

容量限制

队列的实现通常需要指定最大容量。在使用有界队列时，注意队列是否已满。尝试向满队列中插入元素将导致操作失败或被阻塞。

线程安全性

如果队列在多个线程中使用，需要注意线程安全性。并发环境下，队列的插入（enqueue）和删除（dequeue）操作可能会发生冲突。可以使用同步机制（如锁）或使用线程安全的队列实现来确保操作的原子性和有序性。

内存管理

队列的插入和删除操作可能会涉及内存分配和释放。在频繁操作大量元素的队列时，需要注意内存管理的效率和分配释放的代价。避免无效的内存重复分配和不必要的内存泄漏。

元素顺序

队列保持元素插入的相对顺序。插入的新元素位于队列的末尾，删除的元素始终从队列的头部开始。因此，队列的其他操作不能改变元素的相对顺序。需要注意保持元素的正确有序性。

队列空/满状态

注意判断队列是否为空或已满。在进行插入或删除操作之前，检查队列状态可以避免不必要的错误。对于空队列，不要尝试执行删除操作，对于满队列，不要尝试执行插入操作。

队列的选择

根据具体的应用需求，选择适合的队列实现。不同的队列实现具有不同的性能特点和适用场景。例如，普通队列、循环队列、阻塞队列、优先级队列等，根据实际情况选择最佳的队列类型。

异常处理

对于某些队列操作，如删除队头元素或访问空队列的头部，可能会引发异常。在进行这些操作时，应当捕获和处理相应的异常，以防止程序崩溃或出现错误状态。

避免死锁

在使用同步机制处理并发队列时，需要注意避免死锁。死锁可能发生在多线程环境中，当各个线程相互等待对方的资源时。合理设计同步机制和避免循环等待可以减少死锁的风险。

综上

队列的正确使用需要考虑容量限制、线程安全性、内存管理、元素顺序、队列状态判断、选择合适的队列实现、异常处理以及避免死锁等问题。了解这些注意事项，可以帮助我们有效地利用队列并避免潜在的问题。

代码实现

public class Queue {    private int maxSize;    private int[] queueArray;    private int front;    private int rear;    private int size;    public Queue(int maxSize) {        this.maxSize = maxSize;        queueArray = new int[maxSize];        front = 0;        rear = -1;        size = 0;    }    public boolean isEmpty() {        return (size == 0);    }    public boolean isFull() {        return (size == maxSize);    }    public void enqueue(int item) {        if (isFull()) {            throw new IllegalStateException("Queue is full. Cannot enqueue.");        }        rear = (rear + 1) % maxSize;        queueArray[rear] = item;        size++;    }    public int dequeue() {        if (isEmpty()) {            throw new IllegalStateException("Queue is empty. Cannot dequeue.");        }        int temp = queueArray[front];        front = (front + 1) % maxSize;        size--;        return temp;    }    public int front() {        if (isEmpty()) {            throw new IllegalStateException("Queue is empty. No front element.");        }        return queueArray[front];    }    public int size() {        return size;    }}

这个队列实现使用一个固定大小的数组 queueArray 存储元素，使用 front 和 rear 分别记录队头和队尾的位置，使用 size 记录队列中的元素个数。enqueue 方法在队尾插入元素，如果队列已满，则抛出异常。dequeue 方法删除队头元素，并返回被删除的元素，如果队列为空，则抛出异常。front 方法返回队头元素，但不删除，如果队列为空，则抛出异常。size 方法返回队列中元素的个数。isEmpty 方法检查队列是否为空。isFull 方法检查队列是否已满。注意，在这个示例中，队列采用循环队列的实现方式，即通过 % 运算符实现队尾指针 rear 在数组中循环移动。也可以根据具体的需求进行适当的修改和扩展，就不展示了。

来源地址：https://blog.csdn.net/weixin_74888502/article/details/131800129