(重学算法系列)---队列(queue)

队列(queue)

特性

1. 先进者先出，这就是典型的 “ 队列 ” 结构。
2. 支持两个操作：入队 enqueue() ，放一个数据到队尾；出队 dequeue() ，从队头取一个元素。
3. 所以，和栈一样，队列也是一种操作受限的线性表

栈只支持两个基本操作：入栈push()和出栈pop()。队列跟栈非常相似，支持的操作也很有限，最基本的操作也是两个：入队enqueue()，放一个数据到队列尾部；出队dequeue()，从队列头部取一个元素。

• 用数组实现的栈叫作顺序栈，
• 用链表实现的栈叫作链式栈。
• 用数组实现的队列叫作顺序队列，
• 用链表实现的队列叫作链式队列。

顺序队列改进

为了解决随着 head 和 tail 的移动，数组出现前面空闲，需将数组全部移动到第1位而造成的性能问题。

// 入队操作，将item放入队尾
public boolean enqueue(String item) {
    // tail == n表示队列末尾没有空间了，n表示数组容量
    if (tail == n) {
        // tail ==n && head==0，表示整个队列都占满了
        if (head == 0) return false;
        // 数据搬移
        for (int i = head; i < tail; ++i) {
            items[i-head] = items[i];
        }
        // 搬移完之后重新更新head和tail
        tail -= head;
        head = 0;
    }
    items[tail] = item;
    ++tail;
    return true;
}

循环队列

为了解决tail=n时，顺序队列发生的数据迁移问题还造成的性能下降。可以使用循环队列。

循环队列会浪费一个数组的存储空间。

public class CircularQueue {
    // 数组：items，数组大小：n
    private String[] items;
    private int n = 0;
    // head表示队头下标，tail表示队尾下标
    private int head = 0;
    private int tail = 0;
    
    // 申请一个大小为capacity的数组
    public CircularQueue(int capacity) {
        items = new String[capacity];
        n = capacity;
    }
    // 入队
    public boolean enqueue(String item) {
        // 队列满了
        if ((tail + 1) % n == head) return false;
        items[tail] = item;
        tail = (tail + 1) % n;
        return true;
    }
    // 出队
    public String dequeue() {
        // 如果head == tail 表示队列为空
        if (head == tail) return null;
        String ret = items[head];
        head = (head + 1) % n;
        return ret;
    }
}

阻塞队列和并发队列

阻塞队列其实就是在队列基础上增加了阻塞操作。简单来说，就是在队列为空的时候，从队头取数据会被阻塞。因为此时还没有数据可取，直到队列中有了数据 才能返回；如果队列已经满了，那么插入数据的操作就会被阻塞，直到队列中有空闲位置后再插入数据，然后再返回。