1. 引言
本文将深入探讨 Java 中的 Queue 接口。
首先，我们来 看看 Queue 是做什么的，以及它的一些核心方法。接着，我们将介绍 Java 标准库中提供的 几种常见的 Queue 实现。
最后，我们还会聊一聊线程安全相关的内容，然后做个总结。
2. 队列的可视化理解
先来一个简单的比喻。
假设你刚开了一个小摊——热狗摊。为了高效服务顾客，我们决定一次只服务一个人。我们让顾客排成一队，新来的顾客从队尾加入。靠着良好的组织能力，我们就能公平地分发热狗了。
Java 中的 队列（Queue） 工作方式与此类似。当我们声明一个 Queue 后，可以将新元素添加到队尾，然后从队头取出。
实际上，大多数我们在 Java 中遇到的队列都是先进先出（FIFO） 的——即先进入的元素先被处理。
不过，有一个例外我们稍后会提到 —— 优先队列。
3. 核心方法
Queue 接口定义了一些 必须由实现类实现的方法。下面列出几个比较关键的方法：
- offer() – 将一个新元素插入队列
- poll() – 移除并返回队列头部的元素
- peek() – 查看队列头部的元素，但不移除它
4. AbstractQueue
AbstractQueue 是 Java 提供的 最简单的 Queue 实现类。它提供了一些 Queue 接口中方法的骨架实现，但不包括 offer 方法。
当我们自定义一个继承自 AbstractQueue 的队列时，必须实现 offer 方法，并且不允许插入 null 元素。
此外，我们还需要提供以下方法的实现：peek、poll、size 和 java.util 包中的 iterator。
下面我们来用 AbstractQueue 实现一个简单的队列。
首先，定义一个类，内部使用 LinkedList 来存储队列元素：
public class CustomBaeldungQueue<T> extends AbstractQueue<T> {
private LinkedList<T> elements;
public CustomBaeldungQueue() {
this.elements = new LinkedList<T>();
}
}
接着，重写必须的方法并提供实现：
@Override
public Iterator<T> iterator() {
return elements.iterator();
}
@Override
public int size() {
return elements.size();
}
@Override
public boolean offer(T t) {
if(t == null) return false;
elements.add(t);
return true;
}
@Override
public T poll() {
Iterator<T> iter = elements.iterator();
T t = iter.next();
if(t != null){
iter.remove();
return t;
}
return null;
}
@Override
public T peek() {
return elements.getFirst();
}
✅ 简单粗暴地测试一下：
customQueue.add(7);
customQueue.add(5);
int first = customQueue.poll();
int second = customQueue.poll();
assertEquals(7, first);
assertEquals(5, second);
5. 子接口
一般来说，Queue 接口有 三个主要的子接口：BlockingQueue、TransferQueue 和 Deque。
这三个接口涵盖了 Java 中绝大多数的队列实现。下面我们快速了解一下它们的作用。
5.1. BlockingQueue
BlockingQueue 接口 支持额外的操作，可以在队列状态不满足条件时阻塞线程。例如，当尝试从队列中取元素时，如果队列为空，线程会等待；当尝试添加元素时，如果队列已满，线程也会等待。
常见的 BlockingQueue 实现有：LinkedBlockingQueue、*SynchronousQueue* 和 ArrayBlockingQueue。
更多信息可以参考我们之前的文章：BlockingQueue 详解。
5.2. TransferQueue
TransferQueue 接口继承自 BlockingQueue，但更专注于 生产者-消费者模式。它能够控制数据从生产者到消费者的流动，从而实现反压机制。
Java 提供了一个实现类：*LinkedTransferQueue*。
5.3. Deque
Deque 是 双端队列（Double-Ended Queue）的缩写，就像一副牌一样——元素可以从两端插入或取出。和普通队列类似，Deque 提供了从队首和队尾添加、获取和查看元素的方法。
如果想深入了解 Deque 的使用，可以参考我们的文章：ArrayDeque 使用指南。
6. 优先队列（Priority Queues）
前面提到，大多数 Java 队列遵循 FIFO 原则。
但 PriorityQueue 是个例外。插入元素时，它们会根据自然顺序排序，或者根据构造时传入的 Comparator 进行排序。
来看一个简单的单元测试示例：
PriorityQueue<Integer> integerQueue = new PriorityQueue<>();
integerQueue.add(9);
integerQueue.add(2);
integerQueue.add(4);
int first = integerQueue.poll();
int second = integerQueue.poll();
int third = integerQueue.poll();
assertEquals(2, first);
assertEquals(4, second);
assertEquals(9, third);
⚠️ 虽然我们是按 9、2、4 的顺序添加的，但取出时是按自然排序的 2、4、9。
对字符串也是一样的效果：
PriorityQueue<String> stringQueue = new PriorityQueue<>();
stringQueue.add("blueberry");
stringQueue.add("apple");
stringQueue.add("cherry");
String first = stringQueue.poll();
String second = stringQueue.poll();
String third = stringQueue.poll();
assertEquals("apple", first);
assertEquals("blueberry", second);
assertEquals("cherry", third);
7. 线程安全
在多线程环境中，使用队列是非常常见的场景。队列可以在多个线程之间共享，并在空间不足时阻塞线程，帮助我们解决一些典型的并发问题。
比如，多个线程同时写入一个磁盘文件会导致资源竞争，进而影响性能。*通过使用单个写入线程配合 BlockingQueue，可以有效缓解这个问题，大幅提升写入效率。*
幸运的是，Java 提供了几个线程安全的队列实现，比如 ConcurrentLinkedQueue、ArrayBlockingQueue 和 ConcurrentLinkedDeque，非常适合在多线程程序中使用。
8. 总结
在这篇文章中，我们深入探讨了 Java 的 Queue 接口。
✅ 首先了解了 Queue 的基本功能，以及 Java 提供的常见实现。
✅ 然后讲解了标准的 FIFO 原则，以及 PriorityQueue 如何打破这一规则。
✅ 最后，我们还讨论了线程安全问题，以及如何在并发环境中使用队列。
一如既往，所有示例代码都可以在 GitHub 上找到。