Java Deque（双端队列）介绍与使用_java双端队列默认使用

Java Deque（双端队列）的使用指南

双端队列（Deque，全名为"Double Ended Queue"）是Java集合框架中的一种数据结构，它允许在队列两端进行元素的插入和删除操作。Deque可以看作是既支持队列操作，又支持栈操作的一种数据结构，因为它同时具有FIFO（First-In-First-Out）和LIFO（Last-In-First-Out）的特性。在Java中，Deque接口位于java.util包中，它的实现类有ArrayDeque和LinkedList。

Deque接口的方法

Deque接口继承自Queue接口，因此它包含了Queue的所有方法，并在此基础上添加了一些特有的方法。下面是一些常用的Deque接口方法：

• void addFirst(E e)：在队列的头部插入元素。
• void addLast(E e)：在队列的尾部插入元素。
• boolean offerFirst(E e)：尝试在队列头部插入元素，如果成功返回true，否则返回false。
• boolean offerLast(E e)：尝试在队列尾部插入元素，如果成功返回true，否则返回false。
• E removeFirst()：移除并返回队列头部的元素，如果队列为空，则抛出异常。
• E removeLast()：移除并返回队列尾部的元素，如果队列为空，则抛出异常。
• E pollFirst()：移除并返回队列头部的元素，如果队列为空，则返回null。
• E pollLast()：移除并返回队列尾部的元素，如果队列为空，则返回null。
• E getFirst()：返回队列头部的元素，但不移除，如果队列为空，则抛出异常。
• E getLast()：返回队列尾部的元素，但不移除，如果队列为空，则抛出异常。
• E peekFirst()：返回队列头部的元素，但不移除，如果队列为空，则返回null。
• E peekLast()：返回队列尾部的元素，但不移除，如果队列为空，则返回null。

Deque的实现类

ArrayDeque

ArrayDeque是基于数组实现的双端队列，它不支持null元素，并且容量可以动态扩展。由于基于数组实现，它在随机访问和插入/删除操作上的性能都比较好。下面是一个使用ArrayDeque实现的窗口滑动最大值问题的示例：

import java.util.*;

public class ArrayDequeExample {
    public static void main(String[] args) {
        int[] nums = {1, 3, -1, -3, 5, 3, 6, 7};
        int k = 3;

        Deque<Integer> deque = new ArrayDeque<>();
        int[] result = new int[nums.length - k + 1];

        for (int i = 0; i < nums.length; i++) {
            while (!deque.isEmpty() && deque.peekFirst() < i - k + 1) {
                deque.removeFirst(); // 移除超出窗口范围的元素
            }
            while (!deque.isEmpty() && nums[deque.peekLast()] < nums[i]) {
                deque.removeLast(); // 保持队列中元素递减
            }
            deque.addLast(i); // 将当前元素加入队列尾部

            if (i >= k - 1) {
                result[i - k + 1] = nums[deque.peekFirst()]; // 窗口内的最大值
            }
        }

        System.out.println(Arrays.toString(result)); // 输出结果
    }
}
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LinkedList

LinkedList同样实现了Deque接口，基于双向链表实现，支持null元素。由于是链表实现，LinkedList在插入/删除操作上相对快速，但随机访问的性能较差。下面是一个使用LinkedList实现的Undo/Redo功能的示例：

import java.util.*;

public class LinkedListExample {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedList<String> history = new LinkedList<>();
        String currentText = "";

        // 模拟编辑操作
        history.add(currentText);
        currentText = "Hello";
        history.add(currentText);
        currentText = "Hello, World!";
        history.add(currentText);

        // 撤销操作
        currentText = history.removeLast(); // 恢复到"Hello"状态

        // 重做操作
        currentText = history.removeLast(); // 恢复到初始状态
    }
}
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Deque的应用场景

双端队列在许多场景下都非常有用，例如：

1. 任务调度： 可以将任务按照优先级插入队列的头部或尾部，实现任务的优先级调度。
2. 窗口滑动： 在滑动窗口算法中，双端队列可以用来维护窗口内的最大/最小值。
3. Undo/Redo功能： 在应用程序中实现撤销和重做功能时，可以使用双端队列来管理操作历史。
4. 实现线程安全队列： 在多线程环境下，使用ConcurrentLinkedDeque实现线程安全的双端队列。

总结

双端队列（Deque）是Java集合框架中一个功能强大的数据结构，它支持在队列两端进行插入和删除操作，具备队列和栈的特性。通过ArrayDeque和LinkedList这两个实现类，可以根据实际需求选择合适的双端队列来解决问题。在编写代码时，根据具体场景选择不同的Deque实现，可以提高代码的效率和可读性。

希望这篇文章对你理解和使用Java中的双端队列有所帮助！