雙端隊列Deque

Queue除了前面介紹的實現外,還有一種雙向的Queue實現Deque。這種隊列允許在隊列頭和尾部進行入隊出隊操作,因此在功能上比Queue顯然要更復雜。下圖描述的是Deque的完整體系圖。需要說明的是LinkedList也已經加入了Deque的一部分(LinkedList是從jdk1.2 開始就存在數據結構)。

 

Deque體系結構

Deque在Queue的基礎上增加了更多的操作方法。

Deque操作方法

從上圖可以看到,Deque不僅具有FIFO的Queue實現,也有FILO的實現,也就是不僅可以實現隊列,也可以實現一個堆棧。

同時在Deque的體系結構圖中可以看到,實現一個Deque可以使用數組(ArrayDeque),同時也可以使用鏈表(LinkedList),還可以同實現一個支持阻塞的線程安全版本隊列LinkedBlockingDeque。

image對於數組實現的Deque來說,數據結構上比較簡單,只需要一個存儲數據的數組以及頭尾兩個索引即可。由於數組是固定長度的,所以很容易就得到數組的頭和尾,那麼對於數組的操作只需要移動頭和尾的索引即可。

特別說明的是ArrayDeque並不是一個固定大小的隊列,每次隊列滿了以後就將隊列容量擴大一倍(doubleCapacity()),因此加入一個元素總是能成功,而且也不會拋出一個異常。也就是說ArrayDeque是一個沒有容量限制的隊列。

同樣繼續性能的考慮,使用System.arraycopy複製一個數組比循環設置要高效得多。

 

 

 

 

 

image

對於LinkedList本身而言,數據結構就更簡單了,除了一個size用來記錄大小外,只有head一個元素Entry。對比Map和Queue的其它數據結構可以看到這裏的Entry有兩個引用,是雙向的隊列。

在示意圖中,LinkedList總是有一個“傀儡”節點,用來描述隊列“頭部”,但是並不表示頭部元素,它是一個執行null的空節點。

隊列一開始只有head一個空元素,然後從尾部加入E1(add/addLast),head和E1之間建立雙向鏈接。然後繼續從尾部加入E2,E2就在head和E1之間建立雙向鏈接。最後從隊列的頭部加入E3(push/addFirst),於是E3就在E1和head之間鏈接雙向鏈接。

雙向鏈表的數據結構比較簡單,操作起來也比較容易,從事從“傀儡”節點開始,“傀儡”節點的下一個元素就是隊列的頭部,前一個元素是隊列的尾部,換句話說,“傀儡”節點在頭部和尾部之間建立了一個通道,是整個隊列形成一個循環,這樣就可以從任意一個節點的任意一個方向能遍歷完整的隊列。

同樣LinkedList也是一個沒有容量限制的隊列,因此入隊列(不管是從頭部還是尾部)總能成功。

 

 

 

上面描述的ArrayDeque和LinkedList是兩種不同方式的實現,通常在遍歷和節省內存上ArrayDeque更高效(索引更快,另外不需要Entry對象),但是在隊列擴容下LinkedList更靈活,因爲不需要複製原始的隊列,某些情況下可能更高效。

同樣需要注意的上述兩個實現都不是線程安全的,因此只適合在單線程環境下使用,下面章節要介紹的LinkedBlockingDeque就是線程安全的可阻塞的Deque。事實上也應該是功能最強大的Queue實現,當然了實現起來也許會複雜一點。

發表評論
所有評論
還沒有人評論,想成為第一個評論的人麼? 請在上方評論欄輸入並且點擊發布.
相關文章