Java(day138)：Java中的Queue接口及其实现类：LinkedList和PriorityQueue！

前言

在Java中，Queue接口用于表示一种先进先出的（FIFO）数据结构，它广泛应用于任务调度、消息传递和其他需要按顺序处理元素的场景。Java提供了几种实现了Queue接口的类，其中最常用的实现类是LinkedList和PriorityQueue。

在这篇文章中，我们将深入探讨这两个Queue接口的实现类：LinkedList和PriorityQueue，以及它们各自的特点、使用场景和适用情况。

1. LinkedList：实现Queue接口的经典实现

LinkedList是Java集合框架中的一个双向链表实现类，它实现了Queue接口并且在插入和删除元素时非常高效。LinkedList作为Queue的实现类，使用链表结构来保存队列元素，因此在插入和删除操作上具有很好的性能，特别是在队列的两端操作。

LinkedList实现Queue接口

LinkedList类实现了Queue接口，提供了按队列规则（先进先出）的插入、移除元素的方法。它还支持其他常见的集合操作，因此它既可以作为Queue使用，也可以作为List或Deque使用。

主要方法：

• offer(E e)：将元素添加到队列的尾部。如果队列已满（对于有界队列），则返回false。
• poll()：移除并返回队列头部的元素。如果队列为空，则返回null。
• peek()：查看队列头部的元素，但不移除它。如果队列为空，则返回null。
• add(E e)：将元素添加到队列中。如果队列已满，则抛出IllegalStateException。
• remove()：移除并返回队列头部的元素。如果队列为空，则抛出NoSuchElementException。

代码示例：LinkedList作为Queue实现

import java.util.*;

public class LinkedListQueueExample {
    public static void main(String[] args) {
        Queue<String> queue = new LinkedList<>();
        
        // 将元素添加到队列
        queue.offer("Java");
        queue.offer("Python");
        queue.offer("JavaScript");
        
        // 输出队列内容
        System.out.println("队列中的元素：" + queue);
        
        // 移除并返回队列头部的元素
        System.out.println("移除的元素：" + queue.poll());
        
        // 查看队列头部的元素但不移除
        System.out.println("队列头部的元素：" + queue.peek());
        
        // 输出队列内容
        System.out.println("移除后的队列：" + queue);
    }
}

输出结果：

队列中的元素：[Java, Python, JavaScript]
移除的元素：Java
队列头部的元素：Python
移除后的队列：[Python, JavaScript]

  在这个示例中，我们创建了一个LinkedList实例并将它用作Queue，利用offer()添加元素，poll()移除元素，peek()查看队列头部的元素。

2. PriorityQueue：基于优先队列的Queue实现

PriorityQueue是另一种常用的Queue实现类，它基于优先级堆（priority heap）实现，通常用于需要根据优先级排序的任务调度和元素管理。与LinkedList的先进先出不同，PriorityQueue中的元素是按自然顺序或根据指定的比较器进行排序的。

PriorityQueue的工作原理

PriorityQueue并不保证元素的顺序，它会根据优先级对元素进行排序。默认情况下，元素按其自然顺序（如数字升序、字母顺序）排序，或者根据提供的Comparator来排序。

• offer(E e)：将元素添加到队列中，元素会根据优先级进行排序。
• poll()：移除并返回队列头部的元素，返回的是优先级最高的元素。
• peek()：查看队列头部的元素，但不移除它，返回的是优先级最高的元素。

代码示例：PriorityQueue作为Queue实现

import java.util.*;

public class PriorityQueueExample {
    public static void main(String[] args) {
        Queue<Integer> queue = new PriorityQueue<>();
        
        // 添加元素到队列
        queue.offer(5);
        queue.offer(2);
        queue.offer(9);
        queue.offer(1);
        
        // 输出队列内容
        System.out.println("队列中的元素：" + queue);
        
        // 移除并返回队列头部的元素（优先级最高的元素）
        System.out.println("移除的元素：" + queue.poll());
        
        // 查看队列头部的元素但不移除
        System.out.println("队列头部的元素：" + queue.peek());
        
        // 输出移除后的队列
        System.out.println("移除后的队列：" + queue);
    }
}

输出结果：

队列中的元素：[1, 2, 9, 5]
移除的元素：1
队列头部的元素：2
移除后的队列：[2, 5, 9]

  在这个示例中，PriorityQueue根据自然顺序（升序）对元素进行排序，因此最小的元素1被移除，并且peek()方法返回当前最小的元素。

LinkedList与PriorityQueue的对比

总结

• LinkedList：LinkedList是Queue接口的经典实现，使用链表结构来保存元素，适用于普通的队列操作（先进先出）。它在插入和删除操作上非常高效，尤其是在队列的两端操作时。

• PriorityQueue：PriorityQueue是基于优先级堆实现的Queue，它根据元素的优先级（通常是自然顺序或自定义比较器）进行排序。它适用于需要根据优先级进行任务调度的场景。

• 选择合适的Queue实现类取决于你具体的应用场景：如果你需要保证元素按插入顺序处理，LinkedList是合适的；如果你需要根据优先级处理元素，PriorityQueue会更加适合。

Java的Queue接口和其实现类提供了多种灵活的选择，可以满足不同的需求。在多线程编程、任务调度和消息传递等应用中，理解这些实现类的特点将帮助你高效地处理队列操作。