双向队列集合 Deque

蔚落 2022-07-16 23:12 555阅读 0赞

Queue除了前面介绍的实现外，还有一种双向的Queue实现Deque。这种队列允许在队列头和尾部进行入队出队操作，因此在功能上比Queue显然要更复杂。下图描述的是Deque的完整体系图。需要说明的是LinkedList也已经加入了Deque的一部分（LinkedList是从jdk1.2 开始就存在数据结构）。

[![Deque体系结构][Deque]][Deque_Deque]

Deque在Queue的基础上增加了更多的操作方法。

[![Deque操作方法][Deque 1]][Deque_Deque 1]

从上图可以看到，Deque不仅具有FIFO的Queue实现，也有FILO的实现，也就是不仅可以实现队列，也可以实现一个堆栈。

同时在Deque的体系结构图中可以看到，实现一个Deque可以使用数组（ArrayDeque），同时也可以使用链表（LinkedList），还可以同实现一个支持阻塞的线程安全版本队列LinkedBlockingDeque。1. ArrayDeque有两个类属性，head和tail，两个指针。2. ArrayDeque通过一个数组作为载体，其中的数组元素在add等方法执行时不移动，发生变化的只是head和tail指针，而且指针是循环变化，数组容量不限制。3. offer方法和add方法都是通过其中的addLast方法实现，每添加一个元素，就把元素加到数组的尾部，此时，head指针没有变化，而tail指针加一，因为指针是循环加的，所以当tail追上head（(this.tail = this.tail + 1 & this.elements.length - 1) == this.head）时，数组容量翻一倍，继续执行。4. remove方法和poll方法都是通过其中的pollFirst方法实现，每移除一个元素，该元素所在位置变成null，此时，tail指针没有变化，而head指针加一，当数组中没有数据时，返回null。5. 因为ArrayDeque不是线程安全的，所以，用作堆栈时快于 Stack，在用作队列时快于 LinkedList。

[![image][]][image 1]对于数组实现的Deque来说，数据结构上比较简单，只需要一个存储数据的数组以及头尾两个索引即可。由于数组是固定长度的，所以很容易就得到数组的头和尾，那么对于数组的操作只需要移动头和尾的索引即可。

特别说明的是ArrayDeque并不是一个固定大小的队列，每次队列满了以后就将队列容量扩大一倍（doubleCapacity()），因此加入一个元素总是能成功，而且也不会抛出一个异常。也就是说ArrayDeque是一个没有容量限制的队列。

同样继续性能的考虑，使用System.arraycopy复制一个数组比循环设置要高效得多。

[![image][image 2]][image_image 2]

对于LinkedList本身而言，数据结构就更简单了，除了一个size用来记录大小外，只有head一个元素Entry。对比Map和Queue的其它数据结构可以看到这里的Entry有两个引用，是双向的队列。

在示意图中，LinkedList总是有一个“傀儡”节点，用来描述队列“头部”，但是并不表示头部元素，它是一个执行null的空节点。

队列一开始只有head一个空元素，然后从尾部加入E1(add/addLast)，head和E1之间建立双向链接。然后继续从尾部加入E2，E2就在head和E1之间建立双向链接。最后从队列的头部加入E3(push/addFirst)，于是E3就在E1和head之间链接双向链接。

双向链表的数据结构比较简单，操作起来也比较容易，从事从“傀儡”节点开始，“傀儡”节点的下一个元素就是队列的头部，前一个元素是队列的尾部，换句话说，“傀儡”节点在头部和尾部之间建立了一个通道，是整个队列形成一个循环，这样就可以从任意一个节点的任意一个方向能遍历完整的队列。

同样LinkedList也是一个没有容量限制的队列，因此入队列（不管是从头部还是尾部）总能成功。

上面描述的ArrayDeque和LinkedList是两种不同方式的实现，通常在遍历和节省内存上ArrayDeque更高效（索引更快，另外不需要Entry对象），但是在队列扩容下LinkedList更灵活，因为不需要复制原始的队列，某些情况下可能更高效。

同样需要注意的上述两个实现都不是线程安全的，因此只适合在单线程环境下使用，下面章节要介绍的LinkedBlockingDeque就是线程安全的可阻塞的Deque。事实上也应该是功能最强大的Queue实现，当然了实现起来也许会复杂一点。

[Deque]: http://www.blogjava.net/images/blogjava_net/xylz/WindowsLiveWriter/JavaConcurrency24part9Deque_1425C/image_thumb.png
[Deque_Deque]: /images/20220717/8447c27df3c4433e82771036fe8ba272.png
[Deque 1]: http://www.blogjava.net/images/blogjava_net/xylz/WindowsLiveWriter/JavaConcurrency24part9Deque_1425C/image_thumb_1.png
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[image 1]: http://www.blogjava.net/images/blogjava_net/xylz/WindowsLiveWriter/JavaConcurrency24part9Deque_1425C/image_6.png
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