隊列
聊起隊列，你一定會聯想到一個與隊列相似的數據結構:棧。
爲了更好的理解什麼是隊列，我們將它和棧來比較一下：
隊列的特點是：先進先出，如下圖，1先進，1就先出。
圖1：隊列的圖解
棧的特點是：先進後出，如下圖，1先進，1卻最後出。
圖2：棧的圖解
爲了讓你更好的區分與理解隊列與棧，你只記住這個口訣：喫多了拉就是隊列，喫多了吐就是棧。
哈哈哈，千萬不要告訴別人這是我告訴你的....
數組實現隊列，難在哪？
數組實現隊列，乍一看，很貼合的一種方式去實現隊列。仔細推敲一下你會發現並不簡單。
爲了更看清數組存在什麼問題，我先new一個size爲4的數組：
圖3：大小爲4的數組
下一步，向數組中入列4個元素，數組按照0、1、2、3的下標被填充：
圖4：隊列寫滿
繼續，消費兩個元素，我們按照先進先出的原則，消費掉下標爲0、1的元素，如圖：
圖5：從隊列消費2個元素
如果繼續入列，你會發現：最大的下標3已經被佔用，而數組依然存在空間。無法入列，造成空間浪費！
數組隊列如何解決困難？
思維活躍的程序員，不可能因爲遇到困難而畏懼！更不可能存在空間，而無法使用。就像飢腸轆轆，食物擺在眼前，卻不知道如何喫掉它！
方案一：擴
瞭解過ArrayList、HashMap的朋友肯定知道空間不夠，那就擴。當發現空間不夠用，我們是否可以將空間擴成原來的2倍？,像下圖這樣：
圖6：數組擴容
是辦法，但是不是最好的辦法。因爲下標爲0和1的空間，無法利用和回收，造成浪費！，不妥！也不可取！有人說無所謂，錢不是問題，金主直接return~
方案二：移
既然存在空間無法利用，那發現數組空間滿了之後，是否可以將元素進行挪動呢？如圖：
圖7：數組元素移動
是辦法，是比方案一更好的辦法，但依然不是最好的辦法。那這又爲什麼呢？想想，兩個數據的挪動，貌似沒有什麼成本，但是如果是1萬甚至更多元素挪動，會帶來什麼呢？對！更高的時間複雜度，即o(n)。
除了擴和移，真的沒有其他的辦法？有的，今天給大家介紹一個新玩法：循環隊列。
循環數組隊列
說起循環，大家肯定腦海中呈現出頭尾相連的一個環，就是循環。是的！循環數組隊列就是這樣的結構，將你認知的連續的長長的數組，抽象成一個環,就是下圖：
圖8：循環數組隊列
在圖5數組隊列的基礎上，繼續入列一個元素，如下圖：
圖9：循環數組隊列追加元素
入列後的數組，你試着把它想象成一個環狀，如果再繼續入列元素，會放到下標爲1的位置。
因此循環數組隊列很好地解決了之前兩種方案的缺點：
1.空間浪費無法充分利用
2.數據遷移導致的o(n)的時間複雜度
如何實現循環數組隊列
屬性定義&說明
實現循環數組隊列，需要定義幾個關鍵的屬性，以幫助我們更好地代碼實現:
-
capicity
隊列的容量大小 -
items
定義的數組，容納元素 -
head
出列的頭部數組下標，指向下次出列的位置 -
tail
入列的尾部數組下標，指向下次入列的位置 -
size
隊列入列的元素個數
代碼實現
<pre class="custom" data-tool="mdnice編輯器" style="margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; border-radius: 5px; box-shadow: rgba(0, 0, 0, 0.55) 0px 2px 10px;">`public class LoopQueue<T> {
// 容量
private int capicity;
// 隊列元素
private Object[] items;
// 頭部位置
private int head = 0;
// 尾部位置
private int tail = 0;
// 大小
private int size = 0;
public LoopQueue(int capicity) {
this.capicity = capicity;
this.items = new Object[capicity];
}
public boolean enqueue(T t) {
// 如果超出容量，直接返回入列失敗
if (size >= capicity) {
return false;
}
// 到尾部了，但是還沒有滿，tail重置
if (tail == capicity) {
tail = 0;
}
// 數組tail位置放置元素，並將tail自增
this.items[tail++] = t;
// 大小累加
size++;
return true;
}
public T dequeue() {
// 隊列無元素，直接返回空
if (size <= 0) {
return null;
}
// 到尾部了，但是還沒有滿，head重置
if (head == capicity) {
head = 0;
}
// size自減少
size--;
// 獲取元素並自增head
return (T) this.items[head++];
}
public static void main(String[] args) {
LoopQueue<Integer> queue = new LoopQueue<Integer>(6);
for (int i = 0; i < 7; i++) {
System.out.println(queue.enqueue(i));
}
for (int i = 0; i < 7; i++) {
System.out.println(queue.dequeue());
}
}
}` </pre>
上述代碼，已經增加了註釋，你可以直接拷貝試驗下。
main方法中可直接運行測試:定義容量爲6的數組隊列，入列7次後，出列7次，運行結果如圖：
圖10：循環數組運行結果
-
位置1因爲空間已滿，無法入列,返回false -
位置2因爲隊列已空，出列的元素爲空
ArrayBlockingQueue解密
爲了研究下數組隊列在JDK中如何實現的，我特地看了下ArrayBlockingQueue的源碼：
- put方法入口，當空間滿了，
阻塞：
圖11：put方法
- 如果空間沒有滿，進入第2步，
enqueue方法，實現邏輯也採用的循環數組隊列：
圖12：enqueue方法
寫在最後
數組隊列用了較長的篇幅在討論，採用循環的思路很優雅地解決了空間利用問題。
不知道你有沒有發現一個問題，JDK中的ArrayBlockingQueue的構造函數全部都需要初始化capacity:
圖13：ArrayBlockingQueue構造函數
因爲使用數組需要初始化空間，所以需要初始化capacity。
留一道思考題：有沒有實現無限空間的隊列的方法呢？
不妨打開JDK尋找下答案~
我是公衆號【面試怪圈】的keaizhuzhu，關注我~