Java 面试系列：数据结构之队列的使用 + 面试题

队列（Queue）：与栈相对的一种数据结构，集合（Collection）的一个子类。队列允许在一端进行插入操作，而在另一端进行删除操作的线性表，栈的特点是后进先出，而队列的特点是先进先出。队列的用处很大，比如实现消息队列。

Queue 类关系图，如下图所示：

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注：为了让读者更直观地理解，上图为精简版的 Queue 类关系图。本文如无特殊说明，内容都是基于 Java 1.8 版本。

队列（Queue）

1）Queue 分类

从上图可以看出 Queue 大体可分为以下三类。

双端队列：双端队列（Deque）是 Queue 的子类也是 Queue 的补充类，头部和尾部都支持元素插入和获取。
阻塞队列：阻塞队列指的是在元素操作时（添加或删除），如果没有成功，会阻塞等待执行。例如，当添加元素时，如果队列元素已满，队列会阻塞等待直到有空位时再插入。
非阻塞队列：非阻塞队列和阻塞队列相反，会直接返回操作的结果，而非阻塞等待。双端队列也属于非阻塞队列。

2）Queue 方法说明

Queue 方法如下图所示：

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其中比较常用的方法有以下几个：

add(E)：添加元素到队列尾部，成功返回 true，队列超出时抛出异常；
offer(E)：添加元素到队列尾部，成功返回 true，队列超出时返回 false；
remove(Object)：删除元素，成功返回 true，失败返回 false；
poll()：获取并移除此队列的第一个元素，若队列为空，则返回 null；
peek()：获取但不移除此队列的第一个元素，若队列为空，则返回 null；
element()：获取但不移除此队列的第一个元素，若队列为空，则抛异常。

3）Queue 使用实例

Queue linkedList = new LinkedList<>();
linkedList.add("Dog");
linkedList.add("Camel");
linkedList.add("Cat");
while (!linkedList.isEmpty()) {
    System.out.println(linkedList.poll());
}

程序执行结果：

Dog

Camel

Cat

阻塞队列

1）BlockingQueue

BlockingQueue 在 java.util.concurrent 包下，其他阻塞类都实现自 BlockingQueue 接口，BlockingQueue 提供了线程安全的队列访问方式，当向队列中插入数据时，如果队列已满，线程则会阻塞等待队列中元素被取出后再插入；当从队列中取数据时，如果队列为空，则线程会阻塞等待队列中有新元素再获取。

BlockingQueue 核心方法

插入方法：

add(E)：添加元素到队列尾部，成功返回 true，队列超出时抛出异常；
offer(E)：添加元素到队列尾部，成功返回 true，队列超出时返回 false ；
put(E)：将元素插入到队列的尾部，如果该队列已满，则一直阻塞。删除方法：
remove(Object)：移除指定元素，成功返回 true，失败返回 false；
poll()：获取并移除队列的第一个元素，如果队列为空，则返回 null；
take()：获取并移除队列第一个元素，如果没有元素则一直阻塞。检查方法：
peek()：获取但不移除队列的第一个元素，若队列为空，则返回 null。

2）LinkedBlockingQueue

LinkedBlockingQueue 是一个由链表实现的有界阻塞队列，容量默认值为 Integer.MAX_VALUE，也可以自定义容量，建议指定容量大小，默认大小在添加速度大于删除速度情况下有造成内存溢出的风险，LinkedBlockingQueue 是先进先出的方式存储元素。

3）ArrayBlockingQueue

ArrayBlockingQueue 是一个有边界的阻塞队列，它的内部实现是一个数组。它的容量是有限的，我们必须在其初始化的时候指定它的容量大小，容量大小一旦指定就不可改变。

ArrayBlockingQueue 也是先进先出的方式存储数据，ArrayBlockingQueue 内部的阻塞队列是通过重入锁 ReenterLock 和 Condition 条件队列实现的，因此 ArrayBlockingQueue 中的元素存在公平访问与非公平访问的区别，对于公平访问队列，被阻塞的线程可以按照阻塞的先后顺序访问队列，即先阻塞的线程先访问队列。而非公平队列，当队列可用时，阻塞的线程将进入争夺访问资源的竞争中，也就是说谁先抢到谁就执行，没有固定的先后顺序。

示例代码如下：