隊列是編程中一種有用的數據結構。類似于電影院外的售票隊列，第一個進入隊列的人就是第一個拿到票的人。

Java隊列遵循先進先出 (FIFO)規則 - 先進入的項目是先出的項目。

在上圖中，由于 1 在 2 之前保留在隊列中，因此它也是第一個從隊列中刪除的。它遵循先進先出規則。

在編程術語中，將項目放入隊列稱為enqueue，從隊列中移除項目稱為dequeue。

我們可以使用任何編程語言(如 C、C++、Java、Python 或 C#)實現隊列，但規范幾乎相同。

隊列的基本操作

隊列是一個對象(一種抽象數據結構 - ADT)，它允許以下操作：

Enqueue : 向隊列末尾添加一個元素

Dequeue : 從隊列前面移除一個元素

IsEmpty : 檢查隊列是否為空

IsFull : 檢查隊列是否已滿

Peek：獲取隊列前端的值而不移除它

隊列的工作

隊列操作的工作方式如下：

兩個指針和跟蹤隊列的第一個元素

跟蹤隊列的最后一個元素

最初，設置值和-1

入隊操作

檢查隊列是否已滿

對于第一個元素，設置值到 0

增加索引 1

在指向的位置添加新元素 

出隊操作

檢查隊列是否為空

返回指向的值增加索引 1

對于最后一個元素，重置值和-1

我們通常使用數組來實現 Java 和 C/++ 中的隊列。對于 Python，我們使用列表。

// Queue implementation in Java
public class Queue {
  int SIZE = 5;
  int items[] = new int[SIZE];
  int front, rear;
  Queue() {
    front = -1;
    rear = -1;
  }
  boolean isFull() {
    if (front == 0 && rear == SIZE - 1) {
      return true;
    }
    return false;
  }
  boolean isEmpty() {
    if (front == -1)
      return true;
    else
      return false;
  }
  void enQueue(int element) {
    if (isFull()) {
      System.out.println("Queue is full");
    } else {
      if (front == -1)
        front = 0;
      rear++;
      items[rear] = element;
      System.out.println("Inserted " + element);
    }
  }
  int deQueue() {
    int element;
    if (isEmpty()) {
      System.out.println("Queue is empty");
      return (-1);
    } else {
      element = items[front];
      if (front >= rear) {
        front = -1;
        rear = -1;
      } /* Q has only one element, so we reset the queue after deleting it. */
      else {
        front++;
      }
      System.out.println("Deleted -> " + element);
      return (element);
    }
  }

  void display() {
    /* Function to display elements of Queue */
    int i;
    if (isEmpty()) {
      System.out.println("Empty Queue");
    } else {
      System.out.println("\nFront index-> " + front);
      System.out.println("Items -> ");
      for (i = front; i <= rear; i++)
        System.out.print(items[i] + "  ");

      System.out.println("\nRear index-> " + rear);
    }
  }

  public static void main(String[] args) {
    Queue q = new Queue();

    // deQueue is not possible on empty queue
    q.deQueue();

    // enQueue 5 elements
    q.enQueue(1);
    q.enQueue(2);
    q.enQueue(3);
    q.enQueue(4);
    q.enQueue(5);

    // 6th element can't be added to because the queue is full
    q.enQueue(6);

    q.display();

    // deQueue removes element entered first i.e. 1
    q.deQueue();

    // Now we have just 4 elements
    q.display();

  }
}

復雜性分析

使用數組的隊列中入隊和出隊操作的復雜度為O(1)。如果您pop(N)在 python 代碼中使用，那么復雜性可能O(n)取決于要彈出的項目的位置。

隊列的應用

CPU調度、磁盤調度

當兩個進程之間異步傳輸數據時，隊列用于同步。例如：IO Buffers、管道、文件IO等

處理實時系統中的中斷。

呼叫中心電話系統使用隊列將呼叫他們的人按順序排列。