什么是队列
队列是一种线性表数据结构，和栈类似
它操作受限，表现为先进先出，后进后出
它有头指针和尾指针之分，删除元素从head操作，添加元素从tail操作
基于以上特点，我们看到队列是这样的
image.png
常见的队列
队列的花样比较多，这源于它的灵活性和众多的应用场景。
比如当初在学习数据结构这门课的时候，肯定听说过循环队列。
了解Java并发的时候，肯定知道并发队列
顺序队列和链式队列
和前面的栈数据结构一样，使用数组实现的队列就是顺序队列，使用链表实现的队列就是链式队列。
使用数组结构实现的队列
package com.jackie.algo.geek.time.chapter9_queue;
/**
* @Author: Jackie
* @date 2018/12/15
*
* 基于数组数据结构的队列实现
*/
public class ArrayQueue {
// 数组items
private String[] items;
// 数组大小
private int n = 0;
// 数组头下标
private int head = 0;
// 数组尾下标
private int tail = 0;
public ArrayQueue(int capacity) {
items = new String[capacity];
n = capacity;
}
/**
* 入队
*/
public boolean enqueue(String ele) {
// 队列满了
if (tail == n) {
return false;
}
items[tail++] = ele;
return true;
}
/**
* 出队
*/
public String dequeue() {
if (head == tail) {
return null;
}
return items[head++];
}
/**
* 打印所有队列元素
*/
public void printAll() {
for (int i = head; i < tail; i++) {
System.out.print(items[i] + " ");
}
System.out.println();
}
}
使用链表结构实现的队列
package com.jackie.algo.geek.time.chapter9_queue;
/**
* @Author: Jackie
* @date 2018/12/15
*
* 基于链表数据结构的队列实现
* 注意：和基于数据实现的队列{@link ArrayQueue}不同，这里没有n这个参数，
* 因为基于链表实现是无界的，基于数据实现需要定于数组的大小
*/
public class LinkedQueue {
// 头指针
private Node head = null;
// 尾指针
private Node tail = null;
/**
* 入队
*/
public void enqueue(String ele) {
if (head == null) {
Node node = new Node(ele, null);
head = node;
tail = node;
} else {
tail.next = new Node(ele, null);
tail = tail.next;
}
}
/**
* 出队
*/
public String dequeue() {
if (head == null) {
return null;
}
String ret = head.data;
head = head.next;
// 如果出队后，头指针head为null，则同时置tail为null
if (head == null) {
tail = null;
}
return ret;
}
public void printAll() {
Node p = head;
if (p != null) {
System.out.print(p.data + " ");
p = p.next;
}
System.out.println();
}
private static class Node {
private String data;
private Node next;
public Node(String data, Node next) {
this.data = data;
this.next = next;
}
public String getData() {
return data;
}
}
}
具体代码，参见GitHub项目rome
顺序队列和链式队列的不同点
顺序队列使用数组实现，所以有数组大小的限制，在数据结构中有对应的属性
n顺序队列队空条件为：head == tail; 队满条件为：tail == n。
链式队列队空条件为：head == null; 队满条件要取决于队列的长度
数据搬移
在队列中，随着数据的进进出出，head和tail会不断移动，就顺序队列举例来说，当tail == n是就无法入队了，会出现空闲内存，如下图
image.png
这样下去，会造成更多的内存浪费，无法存储更多的数据。所以，需要进行数据搬移，具体过程如下
image.png
代码实现也比较简单，具体如下
// 入队操作，将 item 放入队尾
public boolean enqueue(String item) {
// tail == n 表示队列末尾没有空间了
if (tail == n) {
// tail ==n && head==0，表示整个队列都占满了
if (head == 0) return false;
// 数据搬移
for (int i = head; i < tail; ++i) {
items[i-head] = items[i];
}
// 搬移完之后重新更新 head 和 tail
tail -= head;
head = 0;
}
items[tail] = item;
++tail;
return true;
}
循环队列
针对上面提到的tail == n无法入队的情况，除了数据搬移，还可以使用这里的循环队列来解决。
循环队列是将上面提到的队列首尾相接形成的环形队列。
不同于顺序队列的队空条件head==tail和队满条件tail==n。
循环队列的队空条件依然是head==tail，队满的条件为：（tail+1）%n = head
