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如何手撸一个队列？队列详解和面试题汇总(含答案)

發布時間：2025/3/11 编程问答 12 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了如何手撸一个队列？队列详解和面试题汇总(含答案) 小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

隊列（Queue）：與棧相對的一種數據結構，集合（Collection）的一個子類。隊列允許在一端進行插入操作，而在另一端進行刪除操作的線性表，棧的特點是后進先出，而隊列的特點是先進先出。隊列的用處很大，比如實現消息隊列。Queue 類關系圖，如下圖所示：注：為了讓讀者更直觀地理解，上圖為精簡版的 Queue 類關系圖。本文如無特殊說明，內容都是基于 Java 1.8 版本。?

隊列（Queue）

1）Queue 分類

從上圖可以看出 Queue 大體可分為以下三類。

雙端隊列：雙端隊列（Deque）是 Queue 的子類也是 Queue 的補充類，頭部和尾部都支持元素插入和獲取。

阻塞隊列：阻塞隊列指的是在元素操作時（添加或刪除），如果沒有成功，會阻塞等待執行。例如，當添加元素時，如果隊列元素已滿，隊列會阻塞等待直到有空位時再插入。

非阻塞隊列：非阻塞隊列和阻塞隊列相反，會直接返回操作的結果，而非阻塞等待。雙端隊列也屬于非阻塞隊列。

2）Queue 方法說明

Queue 常用方法，如下圖所示：

方法說明：

add(E)：添加元素到隊列尾部，成功返回 true，隊列超出時拋出異常；
offer(E)：添加元素到隊列尾部，成功返回 true，隊列超出時返回 false；
remove()：刪除元素，成功返回 true，失敗返回 false；
poll()：獲取并移除此隊列的第一個元素，若隊列為空，則返回 null；
peek()：獲取但不移除此隊列的第一個元素，若隊列為空，則返回 null；
element()：獲取但不移除此隊列的第一個元素，若隊列為空，則拋異常。

3）Queue 使用實例

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

程序執行結果：

Dog Camel Cat

阻塞隊列

1）BlockingQueue

BlockingQueue 在 java.util.concurrent 包下，其他阻塞類都實現自 BlockingQueue 接口，BlockingQueue 提供了線程安全的隊列訪問方式，當向隊列中插入數據時，如果隊列已滿，線程則會阻塞等待隊列中元素被取出后再插入；當從隊列中取數據時，如果隊列為空，則線程會阻塞等待隊列中有新元素再獲取。BlockingQueue?核心方法插入方法：

add(E)：添加元素到隊列尾部，成功返回 true，隊列超出時拋出異常；
offer(E)：添加元素到隊列尾部，成功返回 true，隊列超出時返回 false ；
put(E)：將元素插入到隊列的尾部，如果該隊列已滿，則一直阻塞。

刪除方法：

remove(Object)：移除指定元素，成功返回 true，失敗返回 false；
poll()：?獲取并移除隊列的第一個元素，如果隊列為空，則返回 null；
take()：獲取并移除隊列第一個元素，如果沒有元素則一直阻塞。

檢查方法：

peek()：獲取但不移除隊列的第一個元素，若隊列為空，則返回 null。

2）LinkedBlockingQueue

LinkedBlockingQueue 是一個由鏈表實現的有界阻塞隊列，容量默認值為 Integer.MAX_VALUE，也可以自定義容量，建議指定容量大小，默認大小在添加速度大于刪除速度情況下有造成內存溢出的風險，LinkedBlockingQueue 是先進先出的方式存儲元素。

3）ArrayBlockingQueue

ArrayBlockingQueue 是一個有邊界的阻塞隊列，它的內部實現是一個數組。它的容量是有限的，我們必須在其初始化的時候指定它的容量大小，容量大小一旦指定就不可改變。ArrayBlockingQueue 也是先進先出的方式存儲數據，ArrayBlockingQueue 內部的阻塞隊列是通過重入鎖 ReenterLock 和 Condition 條件隊列實現的，因此 ArrayBlockingQueue 中的元素存在公平訪問與非公平訪問的區別，對于公平訪問隊列，被阻塞的線程可以按照阻塞的先后順序訪問隊列，即先阻塞的線程先訪問隊列。而非公平隊列，當隊列可用時，阻塞的線程將進入爭奪訪問資源的競爭中，也就是說誰先搶到誰就執行，沒有固定的先后順序。示例代碼如下：

// 默認非公平阻塞隊列 ArrayBlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue(6); // 公平阻塞隊列 ArrayBlockingQueue queue2 = new ArrayBlockingQueue(6,true); // ArrayBlockingQueue 源碼展示 public ArrayBlockingQueue(int capacity) {this(capacity, false); } public ArrayBlockingQueue(int capacity, boolean fair) {if (capacity <= 0)throw new IllegalArgumentException();this.items = new Object[capacity];lock = new ReentrantLock(fair);notEmpty = lock.newCondition();notFull = lock.newCondition(); }

4）DelayQueue

DelayQueue 是一個支持延時獲取元素的無界阻塞隊列，隊列中的元素必須實現 Delayed 接口，在創建元素時可以指定延遲時間，只有到達了延遲的時間之后，才能獲取到該元素。實現了 Delayed 接口必須重寫兩個方法?，getDelay(TimeUnit) 和 compareTo(Delayed)，如下代碼所示：

class DelayElement implements Delayed {@Override// 獲取剩余時間public long getDelay(TimeUnit unit) {// do something}@Override// 隊列里元素的排序依據public int compareTo(Delayed o) {// do something}}

DelayQueue 使用的完整示例，請參考以下代碼：

public class DelayTest {public static void main(String[] args) throws InterruptedException {DelayQueue delayQueue = new DelayQueue();delayQueue.put(new DelayElement(1000));delayQueue.put(new DelayElement(3000));delayQueue.put(new DelayElement(5000));System.out.println("開始時間：" + DateFormat.getDateTimeInstance().format(new Date()));while (!delayQueue.isEmpty()){System.out.println(delayQueue.take());}System.out.println("結束時間：" + DateFormat.getDateTimeInstance().format(new Date()));}static class DelayElement implements Delayed {// 延遲截止時間（單面：毫秒）long delayTime = System.currentTimeMillis();public DelayElement(long delayTime) {this.delayTime = (this.delayTime + delayTime);}@Override// 獲取剩余時間public long getDelay(TimeUnit unit) {return unit.convert(delayTime - System.currentTimeMillis(), TimeUnit.MILLISECONDS);}@Override// 隊列里元素的排序依據public int compareTo(Delayed o) {if (this.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS) > o.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS)) {return 1;} else if (this.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS) < o.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS)) {return -1;} else {return 0;}}@Overridepublic String toString() {return DateFormat.getDateTimeInstance().format(new Date(delayTime));}} }

程序執行結果：

開始時間：2019-6-13 20:40:38 2019-6-13 20:40:39 2019-6-13 20:40:41 2019-6-13 20:40:43 結束時間：2019-6-13 20:40:43

非阻塞隊列

ConcurrentLinkedQueue 是一個基于鏈接節點的無界線程安全隊列，它采用先進先出的規則對節點進行排序，當我們添加一個元素的時候，它會添加到隊列的尾部；當我們獲取一個元素時，它會返回隊列頭部的元素。它的入隊和出隊操作均利用 CAS（Compare And Set）更新，這樣允許多個線程并發執行，并且不會因為加鎖而阻塞線程，使得并發性能更好。ConcurrentLinkedQueue 使用示例：

ConcurrentLinkedQueue concurrentLinkedQueue = new ConcurrentLinkedQueue(); concurrentLinkedQueue.add("Dog"); concurrentLinkedQueue.add("Cat"); while (!concurrentLinkedQueue.isEmpty()) {System.out.println(concurrentLinkedQueue.poll()); }

執行結果：

Dog Cat

可以看出不管是阻塞隊列還是非阻塞隊列，使用方法都是類似的，區別是底層的實現方式。

優先級隊列

PriorityQueue 一個基于優先級堆的無界優先級隊列。優先級隊列的元素按照其自然順序進行排序，或者根據構造隊列時提供的 Comparator 進行排序，具體取決于所使用的構造方法。優先級隊列不允許使用 null 元素。PriorityQueue??代碼使用示例：

Queue<Integer> priorityQueue = new PriorityQueue(new Comparator<Integer>() {@Overridepublic int compare(Integer o1, Integer o2) {// 非自然排序，數字倒序return o2 - o1;} }); priorityQueue.add(3); priorityQueue.add(1); priorityQueue.add(2); while (!priorityQueue.isEmpty()) {Integer i = priorityQueue.poll();System.out.println(i); }

程序執行的結果是：

3 2 1

PriorityQueue 注意的點：

PriorityQueue 是非線程安全的，在多線程情況下可使用 PriorityBlockingQueue 類替代；

PriorityQueue 不允許插入 null 元素。

相關面試題

1.ArrayBlockingQueue 和 LinkedBlockingQueue 的區別是什么？

答：ArrayBlockingQueue 和 LinkedBlockingQueue 都實現自阻塞隊列 BlockingQueue，它們的區別主要體現在以下幾個方面：

ArrayBlockingQueue 使用時必須指定容量值，LinkedBlockingQueue 可以不用指定；
ArrayBlockingQueue 的最大容量值是使用時指定的，并且指定之后就不允許修改；而 LinkedBlockingQueue 最大的容量為 Integer.MAX_VALUE；
ArrayBlockingQueue 數據存儲容器是采用數組存儲的；而 LinkedBlockingQueue 采用的是 Node 節點存儲的。

2.LinkedList 中 add() 和 offer() 有什么關系？

答：add() 和 offer() 都是添加元素到隊列尾部。offer 方法是基于 add 方法實現的，Offer 的源碼如下：

public boolean offer(E e) {return add(e); }

3.Queue 和 Deque 有什么區別？

答：Queue 屬于一般隊列，Deque 屬于雙端隊列。一般隊列是先進先出，也就是只有先進的才能先出；而雙端隊列則是兩端都能插入和刪除元素。

4.LinkedList 屬于一般隊列還是雙端隊列？

答：LinkedList 實現了 Deque 屬于雙端隊列，因此擁有 addFirst(E)、addLast(E)、getFirst()、getLast() 等方法。

5.以下說法錯誤的是？

A：DelayQueue 內部是基于 PriorityQueue 實現的 B：PriorityBlockingQueue 不是先進先出的數據存儲方式 C：LinkedBlockingQueue 容量是無限大的 D：ArrayBlockingQueue 內部的存儲單元是數組，初始化時必須指定隊列容量答：C 題目解析：LinkedBlockingQueue 默認容量是 Integer.MAX_VALUE，并不是無限大的，源碼如下圖所示：

6.關于 ArrayBlockingQueue 說法不正確的是？

A：ArrayBlockingQueue 是線程安全的 B：ArrayBlockingQueue 元素允許為 null C：ArrayBlockingQueue 主要應用場景是“生產者-消費者”模型 D：ArrayBlockingQueue 必須顯示地設置容量答：B 題目解析：ArrayBlockingQueue 不允許元素為 null，如果添加一個 null 元素，會拋 NullPointerException 異常。

7.以下程序執行的結果是什么？

PriorityQueue priorityQueue = new PriorityQueue(); priorityQueue.add(null); System.out.println(priorityQueue.size());

答：程序執行報錯，PriorityQueue 不能插入 null。

8.Java 中常見的阻塞隊列有哪些？

答：Java 中常見的阻塞隊列如下：

ArrayBlockingQueue，由數組結構組成的有界阻塞隊列；
PriorityBlockingQueue，支持優先級排序的無界阻塞隊列；
SynchronousQueue，是一個不存儲元素的阻塞隊列，會直接將任務交給消費者，必須等隊列中的添加元素被消費后才能繼續添加新的元素；
LinkedBlockingQueue，由鏈表結構組成的阻塞隊列；
DelayQueue，支持延時獲取元素的無界阻塞隊列。

9.有界隊列和無界隊列有哪些區別？

答：有界隊列和無界隊列的區別如下：

有界隊列：有固定大小的隊列叫做有界隊列，比如：new ArrayBlockingQueue(6)，6 就是隊列的大小。
無界隊列：指的是沒有設置固定大小的隊列，這些隊列的特點是可以直接入列，直到溢出。它們并不是真的無界，它們最大值通常為 Integer.MAXVALUE，只是平常很少能用到這么大的容量（超過 Integer.MAXVALUE），因此從使用者的體驗上，就相當于 “無界”。

10.如何手動實現一個延遲消息隊列？

答：說到延遲消息隊列，我們應該可以第一時間想到要使用 DelayQueue 延遲隊列來解決這個問題。實現思路，消息隊列分為生產者和消費者，生產者用于增加消息，消費者用于獲取并消費消息，我們只需要生產者把消息放入到 DelayQueue 隊列并設置延遲時間，消費者循環使用 take() 阻塞獲取消息即可。完整的實現代碼如下：

public class CustomDelayQueue {// 消息編號static AtomicInteger MESSAGENO = new AtomicInteger(1);public static void main(String[] args) throws InterruptedException {DelayQueue<DelayedElement> delayQueue = new DelayQueue<>();// 生產者1producer(delayQueue, "生產者1");// 生產者2producer(delayQueue, "生產者2");// 消費者consumer(delayQueue);}//生產者private static void producer(DelayQueue<DelayedElement> delayQueue, String name) {new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {while (true) {// 產生 1~5 秒的隨機數long time = 1000L * (new Random().nextInt(5) + 1);try {Thread.sleep(time);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}// 組合消息體String message = String.format("%s，消息編號：%s 發送時間：%s 延遲：%s 秒",name, MESSAGENO.getAndIncrement(), DateFormat.getDateTimeInstance().format(new Date()), time / 1000);// 生產消息delayQueue.put(new DelayedElement(message, time));}}}).start();}//消費者private static void consumer(DelayQueue<DelayedElement> delayQueue) {new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {while (true) {DelayedElement element = null;try {// 消費消息element = delayQueue.take();System.out.println(element);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}}}).start();}// 延遲隊列對象static class DelayedElement implements Delayed {// 過期時間（單位：毫秒）long time = System.currentTimeMillis();// 消息體String message;// 參數：delayTime 延遲時間（單位毫秒）public DelayedElement(String message, long delayTime) {this.time += delayTime;this.message = message;}@Override// 獲取過期時間public long getDelay(TimeUnit unit) {return unit.convert(time - System.currentTimeMillis(), TimeUnit.MILLISECONDS);}@Override// 隊列元素排序public int compareTo(Delayed o) {if (this.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS) > o.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS))return 1;else if (this.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS) < o.getDelay(TimeUnit.MILLISECONDS))return -1;elsereturn 0;}@Overridepublic String toString() {// 打印消息return message + " |執行時間：" + DateFormat.getDateTimeInstance().format(new Date());}} }

以上程序支持多生產者，執行的結果如下：

生產者1，消息編號：1 發送時間：2019-6-12 20:38:37 延遲：2 秒 |執行時間：2019-6-12 20:38:39 生產者2，消息編號：2 發送時間：2019-6-12 20:38:37 延遲：2 秒 |執行時間：2019-6-12 20:38:39 生產者1，消息編號：3 發送時間：2019-6-12 20:38:41 延遲：4 秒 |執行時間：2019-6-12 20:38:45 生產者1，消息編號：5 發送時間：2019-6-12 20:38:43 延遲：2 秒 |執行時間：2019-6-12 20:38:45 ......

總結

隊列（Queue）按照是否阻塞可分為：阻塞隊列 BlockingQueue 和非阻塞隊列。其中，雙端隊列 Deque 也屬于非阻塞隊列，雙端隊列除了擁有隊列的先進先出的方法之外，還擁有自己獨有的方法，如 addFirst()、addLast()、getFirst()、getLast() 等，支持首未插入和刪除元素。隊列中比較常用的兩個隊列還有 PriorityQueue（優先級隊列）和 DelayQueue（延遲隊列），可使用延遲隊列來實現延遲消息隊列，這也是面試中比較常考的問題之一。需要面試朋友對延遲隊列一定要做到心中有數，動手寫一個消息隊列也是非常有必要的。

本文來自：《Java面試全解析》

【END】

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的如何手撸一个队列？队列详解和面试题汇总(含答案)的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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