Java并发基础：Deque接口和Queue接口的区别？

核心概念

Deque（double ended queue，双端队列）和Queue（队列）都是Java集合框架中的接口，它们用于处理元素的排队和出队，但是它们之间存在一些重要的区别，如下：

1、Queue接口：

Queue接口代表一个先进先出（FIFO）的队列，只能从一端添加元素，并从另一端移除元素，因此，可以使用add()、offer()方法将元素添加到队列的末尾，使用remove()、poll()方法从队列的头部移除元素，如果尝试从一个空的队列中移除元素，remove()方法会抛出NoSuchElementException，而poll()方法则会返回null。

2、Deque接口：

Deque接口，即双端队列，允许从两端添加或者移除元素，它提供了两套添加和移除元素的方法，一套在队列的头部操作，另一套在队列的尾部操作，因此Deque就可以当作队列（FIFO）或者栈（LIFO）来使用，对于Deque，可以在队列头部使用addFirst()、offerFirst()添加元素，使用removeFirst()、pollFirst()移除元素；在队列尾部使用addLast()、offerLast()添加元素，使用removeLast()、pollLast()移除元素，如果尝试从一个空的双端队列中移除元素，那么相关的removeXXX()方法同样会抛出NoSuchElementException，而pollXXX()方法会返回null。

Queue接口和Deque接口的主要区别在于，Queue接口仅支持在一端添加元素，在另一端移除元素，而Deque接口则支持在两端都进行添加和移除元素的操作，另外，Deque接口的功能更强大，因为它可以当作队列、栈或者双端队列来使用，而Queue接口只能当作队列来使用。

代码案例

Deque

Deque接口代表一个双端队列（double-ended queue），双端队列是一个具有队列和栈的性质的数据结构，它允许元素从两端插入和删除，因此可以在队列的前面（头部）或后面（尾部）添加或移除元素，它的主要功能包括：

1、添加元素：

1. addFirst(E e) / offerFirst(E e)：在队列的头部插入元素，如果队列已满，addFirst会抛出IllegalStateException，而offerFirst则返回false。
2. addLast(E e) / offerLast(E e)：在队列的尾部插入元素，如果队列已满，addLast会抛出IllegalStateException，而offerLast则返回false。

2、移除元素：

1. removeFirst() / pollFirst()：从队列的头部移除并返回元素，如果队列为空，removeFirst会抛出NoSuchElementException，而pollFirst则返回null。
2. removeLast() / pollLast()：从队列的尾部移除并返回元素，如果队列为空，removeLast会抛出NoSuchElementException，而pollLast则返回null。

3、检查元素

1. getFirst() / peekFirst()：获取但不移除队列头部的元素，如果队列为空，getFirst会抛出NoSuchElementException，而peekFirst则返回null。
2. getLast() / peekLast()：获取但不移除队列尾部的元素，如果队列为空，getLast会抛出NoSuchElementException，而peekLast则返回null。

Deque接口的使用场景非常广泛，主要包括如下：

1. 当需要一个可以作为队列（FIFO）或栈（LIFO）使用的数据结构时。
2. 在需要高效地在两端添加或移除元素的场景中，如实现撤销/重做功能、缓冲区管理等。
3. 作为其他数据结构的底层实现，如实现一个自定义的栈或队列。

下面是一个简单的代码示例，展示了如何使用Deque接口，如下代码：

import java.util.Deque;  
import java.util.LinkedList;  
  
public class DequeExample {  
    public static void main(String[] args) {  
        Deque<String> deque = new LinkedList<>();  
  
        // 在队列头部添加元素  
        deque.addFirst("Element 1 (Head)");  
          
        // 在队列尾部添加元素  
        deque.addLast("Element 2 (Tail)");  
          
        // 在队列头部继续添加元素  
        deque.offerFirst("Element 0 (Head)");  
          
        // 打印队列元素  
        System.out.println("Deque contents: " + deque);  
          
        // 从队列头部移除并返回元素  
        String removedElement = deque.pollFirst();  
        System.out.println("Removed element from head: " + removedElement);  
          
        // 从队列尾部移除并返回元素  
        removedElement = deque.pollLast();  
        System.out.println("Removed element from tail: " + removedElement);  
          
        // 检查队列头部元素而不移除  
        String headElement = deque.peekFirst();  
        System.out.println("Head element: " + headElement);  
          
        // 检查队列是否为空  
        System.out.println("Deque is empty? " + deque.isEmpty());  
    }  
}

输出将会是：

Deque contents: [Element 0 (Head), Element 1 (Head), Element 2 (Tail)]  
Removed element from head: Element 0 (Head)  
Removed element from tail: Element 2 (Tail)  
Head element: Element 1 (Head)  
Deque is empty? false

在上面代码中，使用了LinkedList类作为Deque接口的实现，因为LinkedList类实现了Deque接口，因此它提供了双端队列的所有操作，向队列中添加了一些元素，然后从头部和尾部移除它们，并检查了队列的头部元素和是否为空。

Queue

代表一个队列数据结构，即一种特殊的线性表，只允许在表的前端（front）进行删除操作，而在表的后端（rear）进行插入操作，这种操作规则也被称为“先进先出”（FIFO，First-In-First-Out），它的主要功能包括：

1、插入元素：

1. add(E e)：将指定的元素插入此队列中（如果立即可行且不会违反容量限制），成功时返回 true，如果当前没有可用的空间，则抛出 IllegalStateException，不过，在 Queue 接口的实现中，这个方法通常不会抛出异常，因为大多数队列实现都是有界的，但这个界限通常很大。
2. offer(E e)：将指定的元素插入此队列中（如果立即可行且不会违反容量限制），成功时返回 true，如果当前没有可用的空间，则返回 false。

2、移除元素

1. remove()：移除并返回此队列的头部，如果此队列为空，则抛出 NoSuchElementException。
2. poll()：移除并返回此队列的头部，或返回 null 如果此队列为空。

3、检查元素

1. element()：检索，但不移除此队列的头部，如果此队列为空，则抛出 NoSuchElementException。
2. peek()：检索，但不移除此队列的头部，或返回 null 如果此队列为空。

使用场景

• 缓冲：当数据需要以有序的方式处理，但又不需要立即处理所有数据时，队列作为缓冲很有用，例如，打印任务队列，网络请求队列等。
• 生产者-消费者问题：队列经常用于协调多个线程之间的合作，尤其是在生产者-消费者场景中，生产者将产品放入队列，而消费者从队列中取出产品进行消费。
• 广度优先搜索：在图论中，队列用于实现广度优先搜索（BFS）算法。
• 事件驱动的系统：队列可以用于存储待处理的事件，例如用户界面事件或系统事件。

代码示例

下面是一个简单的 Queue 接口使用示例，使用了 LinkedList 类作为实现，如下代码：

import java.util.LinkedList;  
import java.util.Queue;  
  
public class QueueExample {  
    public static void main(String[] args) {  
        Queue<String> queue = new LinkedList<>();  
  
        // 插入元素  
        queue.offer("Apple");  
        queue.offer("Banana");  
        queue.offer("Cherry");  
  
        System.out.println("Initial Queue: " + queue);  
  
        // 移除元素  
        String removedElement = queue.poll();  
        System.out.println("Removed Element: " + removedElement);  
        System.out.println("Queue after removal: " + queue);  
  
        // 检查元素  
        String headElement = queue.peek();  
        System.out.println("Head of the Queue: " + headElement);  
  
        // 遍历队列  
        System.out.println("Iterating over the queue:");  
        for (String fruit : queue) {  
            System.out.println(fruit);  
        }  
    }  
}

输出：

Initial Queue: [Apple, Banana, Cherry]  
Removed Element: Apple  
Queue after removal: [Banana, Cherry]  
Head of the Queue: Banana  
Iterating over the queue:  
Banana  
Cherry

在这个示例中，创建了一个 Queue，使用 offer 方法插入了几个元素，使用 poll 方法移除了队列的头部元素，并使用 peek 方法来查看当前队列的头部元素，最后，使用增强for循环遍历了队列中的所有元素。

END!