Java代码实现循环队列

循环队列结构

队列特点

• 队列为一种特殊的线性表，特殊之处在于它只允许在表的前端（front）进行删除操作，而在表的后端（rear）进行插入操作，和栈一样，队列是一种操作受限制的线性表。进行插入操作的端称为队尾，进行删除操作的端称为队头。队列中没有元素时，称为空队列。

• 队列的数据元素又称为队列元素。在队列中插入一个队列元素称为入队，从队列中删除一个队列元素称为出队。因为队列只允许在一端插入，在另一端删除，所以只有最早进入队列的元素才能最先从队列中删除，故队列又称为先进先出（FIFO—first in first out）线性表。

循环队列优缺点

循环队列的优点：

• 可以有效的利用资源。用数组实现队列时，如果不移动，随着数据的不断读写，会出现假满队列的情况。即尾数组已满但头数组还是空的；循环队列也是一种数组，只是它在逻辑上把数组的头和尾相连，形成循环队列，当数组尾满的时候，要判断数组头是否为空，不为空继续存放数据。

循环队列的缺点：

• 循环队列中，由于入队时尾指针向前追赶头指针；出队时头指针向前追赶尾指针，造成队空和队满时头尾指针均相等。因此，判别队列是"空"是"满"需要特殊处理 —— 判断队列为空的条件还是head == tail，但是判断队列已满的条件则是(tail+1)%size==head。

应用场景

最经典的就是类似于约瑟夫环的问题，可以使用循环队列。其次就是无所并发框架Disruptor也采用了类似的数据结构，Disruptor对于高并发的场景非常适用。

Java代码实现循环队列

// 基于数组实现一个循环链表
public class CircleArrayQueue<T> {
    
    

    // 定义数组用于存放数据
    private T[] arr;
    private int head;  // 记录队列头
    private int tail;  // 记录队列尾
    private int size;  // 数组大小
    // 循环链表初始化
    public CircleArrayQueue(int cap){
    
    
        this.arr = (T[])new Object[cap];
        this.head = 0;
        this.tail = 0;
        this.size = cap;
    }
    // 入队方法
    public void offer(T data){
    
    
        // 判断循环队列是否已满，满了就直接return
        if((tail + 1) % size == head){
    
    
            return;
        }
        arr[tail] = data;     // 向尾加入元素
        tail = (tail + 1) % size; // 将尾指针后移1，考虑端点情况处理
    }
    // 出队方法
    public T poll(){
    
    
        // 循环队列为空则直接返回null
        if(isEmpty()){
    
    
            return null;
        }
        T pollData = arr[head];   // 找到出队元素
        arr[head] = null;         // 清除出队位置的元素
        head = (head + 1) % size; // 将尾指针后移1，考虑端点情况处理
        return pollData;
    }
    // 判断循环队列是否为空
    public boolean isEmpty(){
    
    
        return head == tail;
    }
    // 测试
    public static void main(String[] args) {
    
    
        CircleArrayQueue<String> arrayQueue = new CircleArrayQueue<>(5);
        arrayQueue.offer("a");
        arrayQueue.offer("b");
        arrayQueue.offer("c");
        arrayQueue.offer("d");
        arrayQueue.offer("e");
        arrayQueue.offer("f");
        System.out.println(arrayQueue);
        String poll1 = arrayQueue.poll();
        System.out.println("出队元素：" + poll1);
        String poll2 = arrayQueue.poll();
        System.out.println("出队元素：" + poll2);
    }
}