Queue接口定义了队列数据结构，元素是有序的(按插入顺序)，先进先出。Queue接口相关的部分UML类图如下：
DeQueue
DeQueue(Double-ended queue)为接口，继承了Queue接口，创建双向队列，灵活性更强，可以前向或后向迭代，在队头队尾均可心插入或删除元素。它的两个主要实现类是ArrayDeque和LinkedList。
ArrayDeque （底层使用循环数组实现双向队列）
1.1 创建
public ArrayDeque() {
// 默认容量为16
elements = new Object[16];
}
public ArrayDeque(int numElements) {
// 指定容量的构造函数
allocateElements(numElements);
}
private void allocateElements(int numElements) {
int initialCapacity = MIN_INITIAL_CAPACITY;// 最小容量为8
// Find the best power of two to hold elements.
// Tests "<=" because arrays aren't kept full.
// 如果要分配的容量大于等于8，扩大成2的幂（是为了维护头、尾下标值）；否则使用最小容量8
if (numElements >= initialCapacity) {
initialCapacity = numElements;
initialCapacity |= (initialCapacity >>> 1);
initialCapacity |= (initialCapacity >>> 2);
initialCapacity |= (initialCapacity >>> 4);
initialCapacity |= (initialCapacity >>> 8);
initialCapacity |= (initialCapacity >>> 16);
initialCapacity++;
if (initialCapacity < 0) // Too many elements, must back off
initialCapacity >>>= 1;// Good luck allocating 2 ^ 30 elements
}
elements = new Object[initialCapacity];
}
1.2 add操作
add(E e) 调用 addLast(E e) 方法：
public void addLast(E e) {
if (e == null)
throw new NullPointerException("e == null");
elements[tail] = e; // 根据尾索引，添加到尾端
// 尾索引+1，并与数组（length - 1）进行取‘&’运算，因为length是2的幂，所以（length-1）转换为2进制全是1，
// 所以如果尾索引值 tail 小于等于（length - 1），那么‘&’运算后仍为 tail 本身；如果刚好比（length - 1）大1时，
// ‘&’运算后 tail 便为0（即回到了数组初始位置）。正是通过与（length - 1）进行取‘&’运算来实现数组的双向循环。
// 如果尾索引和头索引重合了，说明数组满了，进行扩容。
if ((tail = (tail + 1) & (elements.length - 1)) == head)
doubleCapacity();// 扩容为原来的2倍
}
addFirst(E e) 的实现：
public void addFirst(E e) {
if (e == null)
throw new NullPointerException("e == null");
// 此处如果head为0，则-1（1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111）与（length - 1）进行取‘&’运算，结果必然是（length - 1），即回到了数组的尾部。
elements[head = (head - 1) & (elements.length - 1)] = e;
// 如果尾索引和头索引重合了，说明数组满了，进行扩容
if (head == tail)
doubleCapacity();
}
1.3 remove操作
remove()方法最终都会调对应的poll()方法：
public E poll() {
return pollFirst();
}
public E pollFirst() {
int h = head;
@SuppressWarnings("unchecked") E result = (E) elements[h];
// Element is null if deque empty
if (result == null)
return null;
elements[h] = null; // Must null out slot
// 头索引 + 1
head = (h + 1) & (elements.length - 1);
return result;
}
public E pollLast() {
// 尾索引 - 1
int t = (tail - 1) & (elements.length - 1);
@SuppressWarnings("unchecked") E result = (E) elements[t];
if (result == null)
return null;
elements[t] = null;
tail = t;
return result;
}
PriorityQueue（底层用数组实现堆的结构）
优先队列跟普通的队列不一样，普通队列是一种遵循FIFO规则的队列，拿数据的时候按照加入队列的顺序拿取。 而优先队列每次拿数据的时候都会拿出优先级最高的数据。
优先队列内部维护着一个堆，每次取数据的时候都从堆顶拿数据（堆顶的优先级最高），这就是优先队列的原理。
2.1 add，添加方法
public boolean add(E e) {
return offer(e); // add方法内部调用offer方法
}
public boolean offer(E e) {
if (e == null) // 元素为空的话，抛出NullPointerException异常
throw new NullPointerException();
modCount++;
int i = size;
if (i >= queue.length) // 如果当前用堆表示的数组已经满了，调用grow方法扩容
grow(i + 1); // 扩容
size = i + 1; // 元素个数+1
if (i == 0) // 堆还没有元素的情况
queue[0] = e; // 直接给堆顶赋值元素
else // 堆中已有元素的情况
siftUp(i, e); // 重新调整堆，从下往上调整，因为新增元素是加到最后一个叶子节点
return true;
}
private void siftUp(int k, E x) {
if (comparator != null) // 比较器存在的情况下
siftUpUsingComparator(k, x); // 使用比较器调整
else // 比较器不存在的情况下
siftUpComparable(k, x); // 使用元素自身的比较器调整
}
private void siftUpUsingComparator(int k, E x) {
while (k > 0) { // 一直循环直到父节点还存在
int parent = (k - 1) >>> 1; // 找到父节点索引，等同于（k - 1）/ 2
Object e = queue[parent]; // 获得父节点元素
// 新元素与父元素进行比较，如果满足比较器结果，直接跳出，否则进行调整
if (comparator.compare(x, (E) e) >= 0)
break;
queue[k] = e; // 进行调整，新位置的元素变成了父元素
k = parent; // 新位置索引变成父元素索引，进行递归操作
}
queue[k] = x; // 新添加的元素添加到堆中
}
2.2 poll，出队方法
public E poll() {
if (size == 0)
return null;
int s = --size; // 元素个数-1
modCount++;
E result = (E) queue[0]; // 得到堆顶元素
E x = (E) queue[s]; // 最后一个叶子节点
queue[s] = null; // 最后1个叶子节点置空
if (s != 0)
siftDown(0, x); // 从上往下调整，因为删除元素是删除堆顶的元素
return result;
}
private void siftDown(int k, E x) {
if (comparator != null) // 比较器存在的情况下
siftDownUsingComparator(k, x); // 使用比较器调整
else // 比较器不存在的情况下
siftDownComparable(k, x); // 使用元素自身的比较器调整
}
private void siftDownUsingComparator(int k, E x) {
int half = size >>> 1; // 只需循环节点个数的一般即可
while (k < half) {
int child = (k << 1) + 1; // 得到父节点的左子节点索引，即（k * 2）+ 1
Object c = queue[child]; // 得到左子元素
int right = child + 1; // 得到父节点的右子节点索引
if (right < size &&
comparator.compare((E) c, (E) queue[right]) > 0) // 左子节点跟右子节点比较，取更大的值
c = queue[child = right];
if (comparator.compare(x, (E) c) <= 0) // 然后这个更大的值跟最后一个叶子节点比较
break;
queue[k] = c; // 新位置使用更大的值
k = child; // 新位置索引变成子元素索引，进行递归操作
}
queue[k] = x; // 最后一个叶子节点添加到合适的位置
}
2.3 remove，删除队列元素
public boolean remove(Object o) {
int i = indexOf(o); // 找到数据对应的索引
if (i == -1) // 不存在的话返回false
return false;
else { // 存在的话调用removeAt方法，返回true
removeAt(i);
return true;
}
}
private E removeAt(int i) {
modCount++;
int s = --size; // 元素个数-1
if (s == i) // 如果是删除最后一个叶子节点
queue[i] = null; // 直接置空，删除即可，堆还是保持特质，不需要调整
else { // 如果是删除的不是最后一个叶子节点
E moved = (E) queue[s]; // 获得最后1个叶子节点元素
queue[s] = null; // 最后1个叶子节点置空
siftDown(i, moved); // 从上往下调整
if (queue[i] == moved) { // 如果从上往下调整完毕之后发现元素位置没变，从下往上调整
siftUp(i, moved); // 从下往上调整
if (queue[i] != moved)
return moved;
}
}
return null;
}
先执行 siftDown() 下滤过程：
再执行 siftUp() 上滤过程：
2.4 总结和同步的问题
1、jdk内置的优先队列PriorityQueue内部使用一个堆维护数据，每当有数据add进来或者poll出去的时候会对堆做从下往上的调整和从上往下的调整。
2、PriorityQueue不是一个线程安全的类，如果要在多线程环境下使用，可以使用 PriorityBlockingQueue 这个优先阻塞队列。其中add、poll、remove方法都使用 ReentrantLock 锁来保持同步，take() 方法中如果元素为空，则会一直保持阻塞。
作者：spiritTalk
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來源：简书
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