Queue接口分析

一、Queue是什么

该接口时Java集合框架成员

Queue： 通常（但不一定）队列就是一个先入先出（FIFO）的数据结构，和堆一样（但可以进行转换，比如优先级列队排序，又或者改为栈形式的后进先出数据结构， 不论如何，都可以用remove()或poll()来调节）

Queue接口与List、Set同一级别，都是继承了Collection接口。

LinkedList实现的Deque接口中继承了Queue,所以在LinkedList中就有Queue重写的方法，同时也可以多态的声明Queue队列对象

队列实现通常不允许插入null，但不禁止插入null

二、Queue的实现

1、没有实现的阻塞接口的LinkedList： 实现了java.util.Queue接口和java.util.AbstractQueue接口
　　内置的不阻塞队列： PriorityQueue 和 ConcurrentLinkedQueue
　　PriorityQueue 和 ConcurrentLinkedQueue 类在 Collection Framework 中加入两个具体集合实现。 
　　PriorityQueue 类实质上维护了一个有序列表。加入到 Queue 中的元素根据它们的天然排序（通过其 java.util.Comparable 实现）或者根据传递给构造函数的 java.util.Comparator 实现来定位。
　　ConcurrentLinkedQueue 是基于链接节点的、线程安全的队列。并发访问不需要同步。因为它在队列的尾部添加元素并从头部删除它们，所以只要不需要知道队列的大 小，　　　　    　　ConcurrentLinkedQueue 对公共集合的共享访问就可以工作得很好。收集关于队列大小的信息会很慢，需要遍历队列。

2)实现阻塞接口的：
　　java.util.concurrent 中加入了 BlockingQueue 接口和五个阻塞队列类。它实质上就是一种带有一点扭曲的 FIFO 数据结构。不是立即从队列中添加或者删除元素，线程执行操作阻塞，直到有空间或者元素可用。
五个队列所提供的各有不同：
　　* ArrayBlockingQueue ：一个由数组支持的有界队列。
　　* LinkedBlockingQueue ：一个由链接节点支持的可选有界队列。
　　* PriorityBlockingQueue ：一个由优先级堆支持的无界优先级队列。
　　* DelayQueue ：一个由优先级堆支持的、基于时间的调度队列。
　　* SynchronousQueue ：一个利用 BlockingQueue 接口的简单聚集（rendezvous）机制。

下表显示了jdk1.5中的阻塞队列的操作：

　　add        增加一个元索                     如果队列已满，则抛出一个IIIegaISlabEepeplian异常
　　remove   移除并返回队列头部的元素    如果队列为空，则抛出一个NoSuchElementException异常
　　element  返回队列头部的元素             如果队列为空，则抛出一个NoSuchElementException异常
　　offer       添加一个元素并返回true       如果队列已满，则返回false
　　poll         移除并返问队列头部的元素    如果队列为空，则返回null
　　peek       返回队列头部的元素             如果队列为空，则返回null
　　put         添加一个元素                      如果队列满，则阻塞
　　take        移除并返回队列头部的元素     如果队列为空，则阻塞

remove、element、offer 、poll、peek 其实是属于Queue接口。 

阻塞队列的操作可以根据它们的响应方式分为以下三类：aad、removee和element操作在你试图为一个已满的队列增加元素或从空队列取得元素时 抛出异常。当然，在多线程程序中，队列在任何时间都可能变成满的或空的，所以你可能想使用offer、poll、peek方法。这些方法在无法完成任务时 只是给出一个出错示而不会抛出异常。

注意：poll和peek方法出错进返回null。因此，向队列中插入null值是不合法的

最后，我们有阻塞操作put和take。put方法在队列满时阻塞，take方法在队列空时阻塞。

LinkedBlockingQueue的容量是没有上限的（说的不准确，在不指定时容量为Integer.MAX_VALUE，不要然的话在put时怎么会受阻呢），但是也可以选择指定其最大容量，它是基于链表的队列，此队列按 FIFO（先进先出）排序元素。

ArrayBlockingQueue在构造时需要指定容量， 并可以选择是否需要公平性，如果公平参数被设置true，等待时间最长的线程会优先得到处理（其实就是通过将ReentrantLock设置为true来 达到这种公平性的：即等待时间最长的线程会先操作）。通常，公平性会使你在性能上付出代价，只有在的确非常需要的时候再使用它。它是基于数组的阻塞循环队 列，此队列按 FIFO（先进先出）原则对元素进行排序。

PriorityBlockingQueue是一个带优先级的 队列，而不是先进先出队列。元素按优先级顺序被移除，该队列也没有上限（看了一下源码，PriorityBlockingQueue是对 PriorityQueue的再次包装，是基于堆数据结构的，而PriorityQueue是没有容量限制的，与ArrayList一样，所以在优先阻塞 队列上put时是不会受阻的。虽然此队列逻辑上是无界的，但是由于资源被耗尽，所以试图执行添加操作可能会导致 OutOfMemoryError），但是如果队列为空，那么取元素的操作take就会阻塞，所以它的检索操作take是受阻的。另外，往入该队列中的元 素要具有比较能力。

DelayQueue（基于PriorityQueue来实现的）是一个存放Delayed 元素的无界阻塞队列，只有在延迟期满时才能从中提取元素。该队列的头部是延迟期满后保存时间最长的 Delayed 元素。如果延迟都还没有期满，则队列没有头部，并且poll将返回null。当一个元素的 getDelay(TimeUnit.NANOSECONDS) 方法返回一个小于或等于零的值时，则出现期满，poll就以移除这个元素了。此队列不允许使用 null 元素。

三、案例

1.算法案例

 /**
     * 入口
     *      101. 对称二叉树
     *      1.创建链表root
     * 输入：
     *      TreeNode root = [1,2,2,3,4,4,3]
     * 输出：
     *      result = true
     * 解释：
     *      1.递归
     *      2.迭代（Queue队列）
     */
    @Test
    public void suanfa21()
    {
        // 创建树
        TreeNode root = new TreeNode(1, new TreeNode(2, new TreeNode(3), new TreeNode(4)), new TreeNode(2, new TreeNode(4), new TreeNode(3)));// 调用方法：迭代
        boolean result2 = this.isSymmetricIteration(root);
        System.out.println("results2 = " + result2);

    }

    /**
     * 迭代方案
     *
     * @param root 二叉树
     * @return
     */
    public boolean isSymmetricIteration(TreeNode root)
    {
        // Queue队列 和 堆的处理方案一样，都是先进先出（FIFO）的数据结构
        Queue<TreeNode> treeNodes = new LinkedList<>();

        // 存入根节点的 左子树 和 右子树
        treeNodes.offer(root.left);
        treeNodes.offer(root.right);

        // 如果Queue队列不为空就循环比较
        while (!treeNodes.isEmpty())
        {
            // 获取存入的左子树 和 右子树 （因为先进先出，所以可以确认顺序）
            TreeNode rootLeft = treeNodes.poll();
            TreeNode rootRight = treeNodes.poll();

            // 两个都等于null， 所以没有子节点了，就继续判断队列中是否还有值，有则比较，无则结束，返回true
            if (rootLeft == null && rootRight == null)
            {
                continue;
            }

            // 左子树 或 右子树，如果有一个是null，就说明不相等,直接返回false，因为上面的判断，所以不可能两个都是null
            if (rootLeft == null || rootRight == null)
            {
                return false;
            }

            // 左子树 比较 右子树 的值不相等,直接返回false
            if (rootLeft.val != rootRight.val)
            {
                return false;
            }

            // 存入 左子树的左子树 和 右子树的右子树，这样当取出比较相等就说明是镜像
            treeNodes.offer(rootLeft.left);
            treeNodes.offer(rootRight.right);

            // 存入 左子树的右子树 和 右子树的左子树，这样当取出比较相等就说明是镜像
            treeNodes.offer(rootLeft.right);
            treeNodes.offer(rootRight.left);
        }
        // 当执行到这里说明树两边是镜像的
        return true;
    }

2.多线程案例

package com.yao;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
public class BlockingQueueTest {
 /**
 定义装苹果的篮子
  */
 public static class Basket{
  // 篮子，能够容纳3个苹果
  BlockingQueue<String> basket = new ArrayBlockingQueue<String>(3);

  // 生产苹果，放入篮子
  public void produce() throws InterruptedException{
   // put方法放入一个苹果，若basket满了，等到basket有位置
   basket.put("An apple");
  }
  // 消费苹果，从篮子中取走
  public String consume() throws InterruptedException{
   // get方法取出一个苹果，若basket为空，等到basket有苹果为止
   String apple = basket.take();
   return apple;
  }

  public int getAppleNumber(){
   return basket.size();
  }

 }
 //　测试方法
 public static void testBasket() {
  // 建立一个装苹果的篮子
  final Basket basket = new Basket();
  // 定义苹果生产者
  class Producer implements Runnable {
   public void run() {
    try {
     while (true) {
      // 生产苹果
      System.out.println("生产者准备生产苹果："
        + System.currentTimeMillis());
      basket.produce();
      System.out.println("生产者生产苹果完毕："
        + System.currentTimeMillis());
      System.out.println("生产完后有苹果："+basket.getAppleNumber()+"个");
      // 休眠300ms
      Thread.sleep(300);
     }
    } catch (InterruptedException ex) {
    }
   }
  }
  // 定义苹果消费者
  class Consumer implements Runnable {
   public void run() {
    try {
     while (true) {
      // 消费苹果
      System.out.println("消费者准备消费苹果："
        + System.currentTimeMillis());
      basket.consume();
      System.out.println("消费者消费苹果完毕："
        + System.currentTimeMillis());
      System.out.println("消费完后有苹果："+basket.getAppleNumber()+"个");
      // 休眠1000ms
      Thread.sleep(1000);
     }
    } catch (InterruptedException ex) {
    }
   }
  }

  ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
  Producer producer = new Producer();
  Consumer consumer = new Consumer();
  service.submit(producer);
  service.submit(consumer);
  // 程序运行10s后，所有任务停止
  try {
   Thread.sleep(10000);
  } catch (InterruptedException e) {
  }
  service.shutdownNow();
 }
 public static void main(String[] args) {
  BlockingQueueTest.testBasket();
 }
}

参考：https://www.cnblogs.com/lemon-flm/p/7877898.html