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  • JAVA基础知识之Queue集合

    • Queue接口
    • PriorityQueue类
    • Deque与ArrayDeque
    • LinkedList
    • 各种线性表性能分析

    Queue接口

    Queue用来模拟队列这种数据结构,遵循先进先出原则(FIFO)。Queue接口中定义了以下通用方法,remove(), element():获取队头元素,remove(), poll(), peek():获取队头元素;offer(Object obj):队尾插入,容量限制时比add()好; add(Object obj);

    PriorityQueue

    PriorityQueue中的元素会按照自然排序(由元素实现Comparable接口决定排序逻辑)或者定制排序(由集合的实现Comparable接口决定排序逻辑),而不是按照插入顺序排序(从这点来说已经违反队列定义)。元素的顺序在队列构造的时候,由构具体使用的哪个构造函数来决定。PriorityQueue不允许插入null元素。PriorityQueue内部是用数组保存数据的,源码如下,

    //JDk源码
    private transient Object queue[];

    下面说说两种排序方式,

    自然排序(元素实现Comparable决定排序逻辑)

    元素必须实现了Comparator接口,而且所有元素都是同类型的,否则会抛出异常。下面是一个自然排序的例子,

    package collect.Queue;
    
    
    import java.util.Comparator;
    import java.util.Iterator;
    import java.util.PriorityQueue;
    
    class A implements Comparable{
    	private int age;
    	public A(int age) {
    		this.age = age;
    	}
    	@Override
    	public int compareTo(Object o) {
    		if (this == o) return 0;
    		A a = (A)o;
    		return this.age - a.age;
    	}
    
    	public String toString() {
    		return String.valueOf(this.age);
    	}
    
    }
    public class PriorityQueues {
    	public static void main(String[] args) {
    		PriorityQueue pq = new PriorityQueue();
    		pq.add(new A(100));
    		pq.add(new A(50));
    		pq.add(new A(300));
    		pq.add(new A(150));
    		pq.add(new A(-200));
    		//System.out.println(pq);
    		Iterator it = pq.iterator();
    		while(it.hasNext()) {
    			System.out.println(pq.poll());
    		}
    	}
    		
    }
    

    注意上面System.out.println(pq)的输出结果元素并不是按大小排序的, 整个执行结果如下,

    [-200, 50, 300, 150, 100]
    ============================
    -200
    50
    100
    150
    300
    

    据李刚的《疯狂JAVA讲义》的解释说,是因为toString()的返回值的影响,说如果用poll()就能看到大小顺序(确实看到了)。但是网上有博客又说,是因为PriorityQueue底层数据结构的原因,底层是用一个“最小堆”来保持元素顺序的。  至于真正原因是什么,我也还需要进一步研究。
    Deque是Queue的子接口,Queue是一个单端队列,而Deque接口是一个双端队列,因此定义了一些允许从两端操作队列的方法,

    addFirst, addLast, descendingIterator,getFirst, getLast, offerFirst, offerLast, peekFirst, peekLast, pollFirst, pollLast, pop, poll, push(相当于addFirst),removeFirst, removeLast, removeOccurrenc(Object o)...

    注意Deque接口里面同时定义了pop, poll , push等栈容器的方法,所以Deque也可以当作栈来使用,

    ArrayDeque是Deque的一个典型的实现类,ArrayDeque是基于动态数组的集合,与ArrayList非常相似,不同点是ArrayList具有链表功能,支持随机访问(get),而ArrayDeque具有队列和栈功能,下面的例子演示了ArrayDeque的两种典型用法,

    package collection.queues;
    
    import java.util.ArrayDeque;
    
    public class ArrayDeques {
    	public static void main(String[] args) {
    		ArrayDeque ad = new ArrayDeque();
    		/*use ArrayDeque as a Queue*/
    		ad.offer("a");
    		ad.offer("b");
    		ad.offer("c");
    		ad.offer("d");
    		System.out.println(ad);
    		//the peek and poll method from Queue interface
    		System.out.println(ad.peek());
    		System.out.println(ad.poll());
    		System.out.println(ad);
    		
    		/*use ArrayDeque as a Deque*/
    		//use push and pop method from Deque interface
    		ad.push("e");
    		ad.push("f");
    		System.out.println(ad);
    		System.out.println(ad.peek());
    		System.out.println(ad.pop());
    		System.out.println(ad);
    	}
    }
    

    输出结果,

    [a, b, c, d]
    a
    a
    [b, c, d]
    [f, e, b, c, d]
    f
    f
    [e, b, c, d]
    

    LinkedList

    LinkedList同时实现了Deque, Queue, List三个接口,所有具有强大的功能。既能支持随机访问(get),又能支持队列和栈的属性,下面是LinkedList集合了个种属性的用法,

    package collection.queues;
    
    import java.util.LinkedList;
    
    public class LinkedLists {
    	public static void main(String[] args) {
    		LinkedList ll = new LinkedList();
    		
    		//use as a Queue
    		ll.offer("a");
    		//use as a Stack(Deque), insert an element from head
    		ll.push("b");
    		//use as a Deque, insert an element from tail
    		ll.offerLast("c");
    		//use as a List, insert an element in index of 2
    		ll.add(2, "d");
    		
    		//travel as a List
    		for (int i=0; i<ll.size(); i++) {
    			System.out.print(ll.get(i));
    		}
    		System.out.println("
    --------------------");
    		
    		//use as a Deque
    		System.out.println(ll.peekLast());
    		System.out.println(ll.pollLast());
    		System.out.println(ll.pollFirst());
    		System.out.println("--------------------");
    		System.out.println(ll);
    	}
    }
    

    执行结果,

    badc
    --------------------
    c
    c
    b
    --------------------
    [a, d]
    

    各种线性表性能分析

    Java的List是一个线性表接口,ArrayList和LinkedList是List的两种典型实现,都提供随机访问功能(get)。只是ArrayList基于数组,随机访问更快;LinkedList基于链表,插入删除更快,且同时还实现了Queue和Deque两个接口,因此同时具有链表,双端队列,栈的三种功能。

    Queue是一种队列,而Deque是双端队列,同时具有队列和栈的功能。

    虽然ArrayList和LinkedList都支持随机访问,但由于底层数据结构不同,ArrayList的空间分布在连续的内存上,因此随机访问的性能比LinkedList好。所有以数组作为底层数据结构的集合的随机访问性能都更好。而LinkedList因为底层是链表结构,因此插入和删除的性能更好。但是总体上来说,ArrayList的性能要比LinkedList性能好,因此大部分情况下都推荐用ArrayList.

    对于List的使用,有如下建议,

    • 遍历ArrayList和Vector时,尽量用随机访问方法(get),这样性能更好。 对于LinkedList,应该用迭代器(iterator)来遍历。
    • LinkedList的应用场景:需要经常插入,删除包含大量数据的List集合。ArrayList和Vector需要经常重新分配空间,会影响性能。
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