java队列实现（顺序队列、链式队列、循环队列）
双向顺序队列ArrayDeque和双向链式队列LinkedList，JDK已经包含，在此略。ArrayDeque包括顺序栈和顺序队列，LinkedList包含链式栈和链式队列。ArrayDeque和LinkedList都是线程不安全的。PriorityQueue优先队列也在JDK。
1.顺序队列的实现
package lang;
import java.io.Serializable;
import java.util.Arrays;
/**
* @ClassName: ArrayQueue
* @Description: 顺序队列
* @date 2014年1月20日 下午3:46:19
* @param <T>
*/
public class ArrayQueue<T> implements Serializable{
/**
* @Fields serialVersionUID : TODO
*/
private static final long serialVersionUID = 7333344126529379197L;
private int DEFAULT_SIZE = 10;
private int capacity;//保存数组的长度
private Object[] elementData;//定义一个数组用于保存顺序队列的元素
private int front = 0;//队头
private int rear = 0;//队尾
//以默认数组长度创建空顺序队列
public ArrayQueue() {
capacity = DEFAULT_SIZE;
elementData = new Object[capacity];
}
//以一个初始化元素来创建顺序队列
public ArrayQueue(T element) {
this();
elementData[0] = element;
rear++;
}
public ArrayQueue(int initSize) {
elementData = new Object[initSize];
}
/**
* 以指定长度的数组来创建顺序队列
* @param element 指定顺序队列中第一个元素
* @param initSize 指定顺序队列底层数组的长度
*/
public ArrayQueue(T element, int initSize) {
this.capacity = initSize;
elementData = new Object[capacity];
elementData[0] = element;
rear++;
}
/**
* @Title: size
* @Description: 获取顺序队列的大小
* @return
*/
public int size() {
return rear - front;
}
/**
* @Title: offer
* @Description: 入队
* @param element
*/
public void offer(T element) {
ensureCapacity(rear + 1);
elementData[rear++] = element;
}
private void ensureCapacity(int minCapacity) {
//如果数组的原有长度小于目前所需的长度
int oldCapacity = elementData.length;
if (minCapacity > oldCapacity) {
int newCapacity = (oldCapacity * 3) / 2 + 1;
if (newCapacity < minCapacity)
newCapacity = minCapacity;
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
}
/**
* @Title: poll
* @Description: 出队
* @return
*/
public T poll() {
if (isEmpty()) {
throw new IndexOutOfBoundsException("空队列异常");
}
//保留队列的front端的元素的值
T oldValue = (T) elementData[front];
//释放队列的front端的元素
elementData[front++] = null;
return oldValue;
}
/**
* @Title: peek
* @Description: 返回队列顶元素，但不删除队列顶元素
* @return
*/
public T peek() {
if (isEmpty()) {
throw new IndexOutOfBoundsException("空队列异常");
}
return (T) elementData[front];
}
/**
* @Title: isEmpty
* @Description: 判断顺序队列是否为空队列
* @return
*/
public boolean isEmpty() {
return rear == front;
}
/**
* @Title: clear
* @Description: 清空顺序队列
*/
public void clear() {
//将底层数组所有元素赋为null
Arrays.fill(elementData, null);
front = 0;
rear = 0;
}
public String toString() {
if (isEmpty()) {
return "[]";
} else {
StringBuilder sb = new StringBuilder("[");
for (int i = front; i < rear; i++) {
sb.append(elementData[i].toString() + ", ");
}
int len = sb.length();
return sb.delete(len - 2, len).append("]").toString();
}
}
}
2. 链式队列的实现
package lang;
import java.io.Serializable;
/**
* @ClassName: LinkQueue
* @Description: 链式队列
* @date 2014年1月21日 下午3:24:38
* @param <T>
*/
public class LinkQueue<T> implements Serializable{
/**
* @Fields serialVersionUID : TODO
*/
private static final long serialVersionUID = -6726728595616312615L;
//定义一个内部类Node，Node实例代表链队列的节点。
private class Node {
private T data;//保存节点的数据
private Node next;//指向下个节点的引用
//无参数的构造器
public Node() {
}
//初始化全部属性的构造器
public Node(T data, Node next) {
this.data = data;
this.next = next;
}
}
private Node front;//保存该链队列的头节点
private Node rear;//保存该链队列的尾节点
private int size;//保存该链队列中已包含的节点数
/**
* <p>Title: LinkQueue </p>
* <p>Description: 创建空链队列 </p>
*/
public LinkQueue() {
//空链队列，front和rear都是null
front = null;
rear = null;
}
/**
* <p>Title: LinkQueue </p>
* <p>Description: 以指定数据元素来创建链队列，该链队列只有一个元素</p>
*/
public LinkQueue(T element) {
front = new Node(element, null);
//只有一个节点，front、rear都指向该节点
rear = front;
size++;
}
/**
* @Title: size
* @Description: 获取顺序队列的大小
* @return
*/
public int size() {
return size;
}
/**
* @Title: offer
* @Description: 入队
* @param element
*/
public void offer(T element) {
//如果该链队列还是空链队列
if (front == null) {
front = new Node(element, null);
rear = front;//只有一个节点，front、rear都指向该节点
} else {
Node newNode = new Node(element, null);//创建新节点
rear.next = newNode;//让尾节点的next指向新增的节点
rear = newNode;//以新节点作为新的尾节点
}
size++;
}
/**
* @Title: poll
* @Description: 出队
* @return
*/
public T poll() {
Node oldFront = front;
front = front.next;
oldFront.next = null;
size--;
return oldFront.data;
}
/**
* @Title: peek
* @Description: 返回队列顶元素，但不删除队列顶元素
* @return
*/
public T peek() {
return rear.data;
}
/**
* @Title: isEmpty
* @Description: 判断顺序队列是否为空队列
* @return
*/
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
/**
* @Title: clear
* @Description: 清空顺序队列
*/
public void clear() {
//将front、rear两个节点赋为null
front = null;
rear = null;
size = 0;
}
public String toString() {
//链队列为空链队列时
if (isEmpty()) {
return "[]";
} else {
StringBuilder sb = new StringBuilder("[");
for (Node current = front; current != null; current = current.next) {
sb.append(current.data.toString() + ", ");
}
int len = sb.length();
return sb.delete(len - 2, len).append("]").toString();
}
}
public static void main(String[] args) {
LinkQueue<String> queue = new LinkQueue<String>("aaaa");
//添加两个元素
queue.offer("bbbb");
queue.offer("cccc");
System.out.println(queue);
//删除一个元素后
queue.poll();
System.out.println("删除一个元素后的队列：" + queue);
//再次添加一个元素
queue.offer("dddd");
System.out.println("再次添加元素后的队列：" + queue);
//删除一个元素后，队列可以再多加一个元素
queue.poll();
//再次加入一个元素
queue.offer("eeee");
System.out.println(queue);
}
}
3. 循环队列的实现
package lang;
import java.io.Serializable;
import java.util.Arrays;
/**
* @ClassName: LoopQueue
* @Description: 循环队列
* @date 2014年1月20日 下午3:47:14
*/
public class LoopQueue<T> implements Serializable{
/**
* @Fields serialVersionUID : TODO
*/
private static final long serialVersionUID = -3670496550272478781L;
private int DEFAULT_SIZE = 10;
private int capacity;//保存数组的长度
private Object[] elementData;//定义一个数组用于保存循环队列的元素
private int front = 0;//队头
private int rear = 0;//队尾
//以默认数组长度创建空循环队列
public LoopQueue() {
capacity = DEFAULT_SIZE;
elementData = new Object[capacity];
}
//以一个初始化元素来创建循环队列
public LoopQueue(T element) {
this();
elementData[0] = element;
rear++;
}
/**
* 以指定长度的数组来创建循环队列
* @param element 指定循环队列中第一个元素
* @param initSize 指定循环队列底层数组的长度
*/
public LoopQueue(T element, int initSize) {
this.capacity = initSize;
elementData = new Object[capacity];
elementData[0] = element;
rear++;
}
//获取循环队列的大小
public int size() {
if (isEmpty()) {
return 0;
}
return rear > front ? rear - front : capacity - (front - rear);
}
//插入队列
public void add(T element) {
if (rear == front && elementData[front] != null) {
throw new IndexOutOfBoundsException("队列已满的异常");
}
elementData[rear++] = element;
//如果rear已经到头，那就转头
rear = rear == capacity ? 0 : rear;
}
//移除队列
public T remove() {
if (isEmpty()) {
throw new IndexOutOfBoundsException("空队列异常");
}
//保留队列的rear端的元素的值
T oldValue = (T) elementData[front];
//释放队列的rear端的元素
elementData[front++] = null;
//如果front已经到头，那就转头
front = front == capacity ? 0 : front;
return oldValue;
}
//返回队列顶元素，但不删除队列顶元素
public T element() {
if (isEmpty()) {
throw new IndexOutOfBoundsException("空队列异常");
}
return (T) elementData[front];
}
//判断循环队列是否为空队列
public boolean isEmpty() {
//rear==front且rear处的元素为null
return rear == front && elementData[rear] == null;
}
//清空循环队列
public void clear() {
//将底层数组所有元素赋为null
Arrays.fill(elementData, null);
front = 0;
rear = 0;
}
public String toString() {
if (isEmpty()) {
return "[]";
} else {
//如果front < rear，有效元素就是front到rear之间的元素
if (front < rear) {
StringBuilder sb = new StringBuilder("[");
for (int i = front; i < rear; i++) {
sb.append(elementData[i].toString() + ", ");
}
int len = sb.length();
return sb.delete(len - 2, len).append("]").toString();
}
//如果front >= rear，有效元素为front->capacity之间、0->front之间的
else {
StringBuilder sb = new StringBuilder("[");
for (int i = front; i < capacity; i++) {
sb.append(elementData[i].toString() + ", ");
}
for (int i = 0; i < rear; i++) {
sb.append(elementData[i].toString() + ", ");
}
int len = sb.length();
return sb.delete(len - 2, len).append("]").toString();
}
}
}
public static void main(String[] args) {
LoopQueue<String> queue = new LoopQueue<String>("aaaa", 3);
//添加两个元素
queue.add("bbbb");
queue.add("cccc");
//此时队列已满
System.out.println(queue);
//删除一个元素后，队列可以再多加一个元素
queue.remove();
System.out.println("删除一个元素后的队列：" + queue);
//再次添加一个元素，此时队列又满
queue.add("dddd");
System.out.println(queue);
System.out.println("队列满时的长度：" + queue.size());
//删除一个元素后，队列可以再多加一个元素
queue.remove();
//再次加入一个元素，此时队列又满
queue.add("eeee");
System.out.println(queue);
}
}