246. Java 集合 - 实现 Queue 和 Deque 的三大主力类

246. Java 集合 - 实现 Queue 和 Deque 的三大主力类

在 Java Collections Framework 中（不涉及并发编程领域），提供了三种主要实现，用来支持 Queue 和 Deque 接口：

实现类	支持接口	底层结构	特点
ArrayDeque	Queue + Deque	动态数组	高效，无容量限制，推荐使用
LinkedList	Queue + Deque	链表	适合频繁的头尾操作
PriorityQueue	Queue	动态数组 + 排序	按顺序自动管理元素

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📦 ArrayDeque —— 快速灵活的双端队列

• 支持：Queue 和 Deque。
• 底层结构：使用动态数组。
• 特点：
  • 容量会随着元素的增加自动扩展，不会拒绝插入。
  • 适合做栈（LIFO）和队列（FIFO）的高性能替代。
  • 注意：ArrayDeque 不是线程安全的！

示例：使用 ArrayDeque 作为栈

import java.util.ArrayDeque;
import java.util.Deque;

public class ArrayDequeAsStack {
    public static void main(String[] args) {
        Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<>();

        stack.push(10);
        stack.push(20);
        stack.push(30);

        System.out.println(stack.pop()); // 30
        System.out.println(stack.peek()); // 20
    }
}

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🔗 LinkedList —— 万能链表版队列/栈

• 支持：Queue 和 Deque。
• 底层结构：双向链表。
• 特点：
  • 插入和删除首尾元素操作非常高效。
  • 可以同时作为队列、双端队列、或者栈使用。
  • 同时也是一个 List，可以按索引访问元素（不过随机访问速度较慢）。

示例：使用 LinkedList 作为双端队列

import java.util.LinkedList;
import java.util.Deque;

public class LinkedListAsDeque {
    public static void main(String[] args) {
        Deque<String> deque = new LinkedList<>();

        deque.addFirst("A");
        deque.addLast("B");
        deque.addFirst("C");

        System.out.println(deque.pollFirst()); // C
        System.out.println(deque.pollLast());  // B
    }
}

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🏆 PriorityQueue —— 带自动排序的优先级队列

• 支持：仅支持 Queue（不支持 Deque）。
• 底层结构：基于**堆（Heap）**的动态数组。
• 特点：
  • 元素会按照自然顺序或指定 Comparator 顺序自动排序。
  • 队列头（Head）始终是**最小（优先级最高）**的元素。
  • 插入元素时重新维护顺序。
  • 容量也会自动扩展。

示例：使用 PriorityQueue

import java.util.PriorityQueue;
import java.util.Queue;

public class PriorityQueueExample {
    public static void main(String[] args) {
        Queue<Integer> pq = new PriorityQueue<>();

        pq.offer(30);
        pq.offer(10);
        pq.offer(20);

        System.out.println(pq.poll()); // 10 （最小的先出）
        System.out.println(pq.peek()); // 20
    }
}

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🎯 小结比较

类	适合场景	是否有序	动态扩容	特点总结
ArrayDeque	普通队列 / 栈，需高性能	否	是	最推荐的一般用途 Deque
LinkedList	需要频繁插入删除首尾元素	否	是	灵活但占内存较大
PriorityQueue	需要按优先级出队，比如调度系统	是	是	元素自动排序

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🧐 互动问题

问题1：为什么 PriorityQueue 不能当作栈（LIFO）来使用？

因为 PriorityQueue 总是自动根据元素大小排序，无法保证后进先出（LIFO）的顺序。

问题2：在使用 ArrayDeque 时，如果不断增加元素，会发生什么？

数组会自动扩容，不会抛出异常。