Java队列：先进先出
在编程中，队列（Queue）是一种常见的数据结构，它遵循先进先出（First-In-First-Out，FIFO）的原则。Java语言提供了多种实现队列的方式，例如ArrayDeque、LinkedList和PriorityQueue等。本文将深入讨论Java中队列的原理、用法和示例代码，并通过类图展示队列的类关系。
队列的原理
队列是一种特殊的线性数据结构，它只允许在一端插入元素（入队），而在另一端删除元素（出队）。队列通常用于需要先进先出操作的场景，比如任务调度、消息传递等。
Java中的队列实现通常基于接口Queue，它继承自Collection接口，提供了一系列对队列进行操作的方法。下面是Queue接口中的一些常用方法：
boolean add(E e): 在队列的尾部插入元素e，如果队列已满，则抛出异常。boolean offer(E e): 在队列的尾部插入元素e，如果队列已满，则返回false。E remove(): 删除并返回队列头部的元素，如果队列为空，则抛出异常。E poll(): 删除并返回队列头部的元素，如果队列为空，则返回null。E element(): 返回队列头部的元素，但不删除该元素，如果队列为空，则抛出异常。E peek(): 返回队列头部的元素，但不删除该元素，如果队列为空，则返回null。
队列的实现
Java提供了多种队列的实现方式，下面介绍三种常见的实现类。
ArrayDeque
ArrayDeque是一个基于数组实现的双端队列，它同时具备队列和栈的特性。内部使用循环数组实现，可以高效地在两端进行插入和删除操作。以下是使用ArrayDeque的示例代码：
import java.util.ArrayDeque;
public class ArrayDequeExample {
public static void main(String[] args) {
ArrayDeque<Integer> queue = new ArrayDeque<>();
// 入队
queue.add(1);
queue.add(2);
queue.add(3);
// 出队
while (!queue.isEmpty()) {
int element = queue.remove();
System.out.println("出队元素：" + element);
}
}
}
上述代码创建了一个ArrayDeque对象queue，并通过add方法向队列中添加元素。接着使用remove方法从队列中依次取出元素并打印。
LinkedList
LinkedList是一个基于链表实现的双端队列，它同样具备队列和栈的特性。相比ArrayDeque，LinkedList更适合在操作中间元素时使用。以下是使用LinkedList的示例代码：
import java.util.LinkedList;
public class LinkedListExample {
public static void main(String[] args) {
LinkedList<Integer> queue = new LinkedList<>();
// 入队
queue.offer(1);
queue.offer(2);
queue.offer(3);
// 出队
while (!queue.isEmpty()) {
int element = queue.poll();
System.out.println("出队元素：" + element);
}
}
}
上述代码创建了一个LinkedList对象queue，并通过offer方法向队列中添加元素。接着使用poll方法从队列中依次取出元素并打印。
PriorityQueue
PriorityQueue是一个基于优先级堆实现的队列，它可以根据元素的优先级进行排序。默认情况下，PriorityQueue使用元素的自然顺序进行排序，也可以通过自定义Comparator来指定排序规则。以下是使用PriorityQueue的示例代码：
import java.util.PriorityQueue;
public class PriorityQueueExample {
public static void main(String[] args) {
PriorityQueue<Integer> queue = new PriorityQueue<>();
// 入队
queue.offer(3);
queue.offer(1);
queue.offer(2);
// 出队
while (!queue.isEmpty()) {
int element = queue.poll();
System.out.println("出队元素：" + element);
}
}
}
