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2021/1/13

Java Queue 簡介

Java集合的Queue簡介。

Queue中文稱為「佇列」或「隊列」,是一種有「順序」及「方向」的資料結構,簡單說就是排隊。現實生活隊列的應用隨處可見,例如排隊購票、排隊等公車、排隊結帳、排隊等ATM等。



例如每天下班都要在港墘站等公車。



Java的Queue介面屬於Java集合框架(Java Collections Framework)的一員,繼承Collection介面。

+-------------+
|  Iterable   |
+-------------+
       ^
    extends
       |
+-------------+
| Collection  |
+-------------+
       ^
    extends
       |
+-------------+
|    Queue    |
+-------------+

Queue除了Collection的操作方法外還有自身的插入、抽取及檢視元素的操作方法。這些操作分為兩種類型,一種失敗時拋出例外,另一種失敗時返回特定值(例如null或false)。

拋出例外回傳特定值
Insert 插入add(e)offer(e)
Remove 刪除(取出)remove()poll()
Examine 檢視element()peek()

Queue通常是先進先出(FIFO, first-in-first-out) )的資料結構,但也有例外,例如優先權隊列(Priority Queue)可能會根據元素的屬性或不同的比較方式來決定取出的順序。無論何種排序,呼叫remove()poll()會從隊列的頭部(head)取出元素;在FIFO隊列呼叫addoffer()會從隊列的尾端(tail)插入新的元素。

                   tail            Queue            head
                  +-------------------------------------+           poll()
offer()           | +---+ +---+ +---+ +---+ +---+ +---+ |           remove()
add()   --------->| |   | |   | |   | |   | |   | |   | |--------->
                  | +---+ +---+ +---+ +---+ +---+ +---+ |           peek()
                  +-------------------------------------+           element()

offer()add()都是從隊列尾部插入新元素。如果插入失敗(例如隊列空間滿了)offer()回傳false,add()拋出例外。

poll()remove()都是從隊列頭部取出並移除元素。如果取出失敗(例如隊列是空的)poll()回傳null,remove()拋出例外。

peek()element()都是從隊列頭部取出但不移除元素。如果取出失敗(例如隊列是空的)peek()回傳null,element()拋出例外。

Queue一般不允許插入null,即使某些實作可以插入null,但因null做為poll()peek()找不到原素的反回值,null不該被插入隊列中。

Java LinkedList實作了Queue介面,所以可以做為Queue的實例如下。

import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;

public class Main {

    public static void main(String[] args) {

        Queue<String> queue = new LinkedList<>();

        queue.add("a");
        queue.offer("b");
        queue.add("c");

        System.out.println(queue); // [a, b, c]

        System.out.println(queue.poll()); // 取出並刪除a
        System.out.println(queue.peek()); // 取出b
        System.out.println(queue.remove()); // 取出並刪除b
        System.out.println(queue.element()); // 取出c

        System.out.println(queue.size()); // 1

        System.out.println(queue.poll()); // c
        System.out.println(queue.peek()); // null
        System.out.println(queue.remove()); // throw exception

    }

}

ListQueue都是有順序的集合,差別在於List能從任一位置插入或取出元素,而Queue只允許從頭部取出元素,從尾部插入元素。

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