LinkedListQueue 是 Java 中基于 LinkedList 实现的队列，支持 FIFO（先进先出）的数据结构。它允许在队列的头部和尾部高效地进行元素的插入和删除操作。由于 LinkedListQueue 继承自 LinkedList，它具有动态数组的特性，能够根据需要自动调整大小。在多线程环境中，通常使用 LinkedBlockingQueue 作为线程安全的队列实现。
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LinkedListQueue(业务结构）
LinkedListQueue 是一个基于链表实现的队列，它通常由一个双向链表构成，支持在队列的前端（头部）进行出队操作，以及在队列的后端（尾部）进行入队操作。
1、设计思考：
- 需求场景：
- 在许多编程任务中，需要一个能够快速进行插入和删除操作的队列结构。例如，在实现缓冲区管理、任务调度、消息队列等应用中，快速的入队和出队操作是非常重要的。
- 现有技术局限性：
- 传统的数组类型在 Java 中是固定长度的，一旦创建，其大小不能改变，这限制了其在需要动态大小管理时的使用。
Vector类似于ArrayList，但它是线程安全的，使用synchronized进行同步，导致并发性能较差。ArrayDeque提供了双端队列功能，但在某些情况下，可能需要进行数组的扩容或缩容操作。
- 技术融合：
LinkedListQueue结合了LinkedList的高效插入和删除特性，并提供了队列所需的先进先出（FIFO）的数据管理方式。它通过链表的双向链接特性，允许从两端快速地添加或移除元素，特别适合实现队列和双端队列。
- 设计理念：
LinkedListQueue通过使用链表结构，可以有效地进行插入和删除操作，因为这些操作仅需要改变节点的指针，而不需要移动整个数组。它实现了Queue接口，提供了队列所需的所有操作，包括offer、poll、peek等。
- 实现方式：
LinkedListQueue由一系列Node对象组成，每个Node包含数据和两个引用（previous和next），分别指向前一个和后一个节点。它提供了enqueue（入队）和dequeue（出队）操作，以及查看队列头部和尾部元素的方法，而不需要遍历整个链表。
2、数据结构
图说明：
- LinkedListQueue：
- 表示 LinkedListQueue 类的实例，是一个基于链表的队列数据结构。
- head：
- 表示队列的头节点，它指向队列中的第一个元素，用于出队操作。
- tail：
- 表示队列的尾节点，它指向队列中的最后一个元素，用于入队操作。
- Node：
- 链表中的节点，包含数据和两个引用，分别指向前一个节点和后一个节点。
- data：
- 节点中存储的数据。
- prev：
- 节点的前驱引用，指向前一个节点。
- next：
- 节点的后继引用，指向后一个节点。
3、执行流程
图说明：
- 开始：执行操作的起始点。
- 创建 LinkedListQueue 实例：初始化
LinkedListQueue对象。 - 入队操作：执行将元素添加到队列尾部的操作。
- 添加元素到队尾：在队列的尾部添加新元素。
- 结束入队：完成入队操作。
- 出队操作：执行将元素从队列头部移除的操作。
- 移除队首元素：从队列头部移除元素。
- 结束出队：完成出队操作。
- 遍历队列：从头到尾遍历队列中的所有元素。
- 从头节点开始：从队列的头节点开始遍历。
- 访问每个节点：顺序访问链表中的每个节点。
- 读取节点数据：读取每个节点中存储的数据。
- 结束遍历：完成队列遍历。
- 结束：所有操作完成。
4、优点
- 高效的插入/删除操作：在队列的两端插入和删除元素的时间复杂度为 O(1)。
- 允许空队列：与某些数组实现的队列不同，
LinkedListQueue允许空队列存在，不会因为空数组而抛出异常。 - 能够作为队列和双端队列使用：提供了实现队列和双端队列所需的方法。
5、缺点
- 随机访问性能差：由于链表的结构，随机访问元素的时间复杂度为 O(n)。
- 内存开销：相比于数组实现的队列，
LinkedListQueue需要额外的内存来存储节点的指针。
6、使用场景
- 需要快速插入和删除元素的场景，如实现一个消息队列。
- 作为队列或双端队列使用，特别是在需要从两端进行元素添加或移除的操作中。
7、类设计
8、应用案例
在这个案例中，我们将使用 LinkedListQueue 来实现一个简单的打印任务队列。这个队列将按照先进先出的顺序处理任务。
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.LinkedBlockingQueue;
// 任务类，实现了Runnable接口，用于表示具体任务
class PrintTask implements Runnable {
private final String taskName;
public PrintTask(String taskName) {
this.taskName = taskName;
}
@Override
public void run() {
// 任务执行时间
try {
System.out.println("Task " + taskName + " is running");
Thread.sleep(2000); // 任务执行需要一些时间
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
System.out.println("Task " + taskName + " was interrupted");
}
System.out.println("Task " + taskName + " finished");
}
}
public class LinkedListQueueExample {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个LinkedListQueue实例，用作任务队列
BlockingQueue<Runnable> taskQueue = new LinkedBlockingQueue<>();
// 添加任务到队列
taskQueue.offer(new PrintTask("Task 1"));
taskQueue.offer(new PrintTask("Task 2"));
taskQueue.offer(new PrintTask("Task 3"));
// 创建并启动一个新线程来处理队列中的任务
new Thread(() -> {
while (true) {
try {
// 从队列中取出一个任务并执行
taskQueue.take().run();
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
System.out.println("Task processing was interrupted");
break;
}
}
}).start();
// 主线程继续执行其他任务或等待子线程完成
try {
Thread.sleep(6000); // 等待足够长的时间以确保所有任务都已完成
} catch (InterruptedException e) {
Thread.currentThread().interrupt();
System.out.println("Main thread was interrupted");
}
}
}
