分析Java ArrayQueue源碼。

ArrayQueue內部實作

在談ArrayQueue的內部實作之前我們先來看一個ArrayQueue的使用範例：

public void testQueue() {
    ArrayQueue<Integer> queue = new ArrayQueue<>(10);
    queue.add(1);
    queue.add(2);
    queue.add(3);
    queue.add(4);
    System.out.println(queue);
    queue.remove(0); // 这个参数只能为0 表示删除队列当中第一个元素，也就是队头元素
    System.out.println(queue);
    queue.remove(0);
    System.out.println(queue);
}
// 输出结果
[1, 2, 3, 4]
[2, 3, 4]
[3, 4]

首先ArrayQueue內部是由循環數組實現的，可能保證增加和刪除資料的時間複雜度都是，不像ArrayList刪除數據的時間複雜度為。在ArrayQueue內部有兩個整數資料head和tail，這兩個的作用主要是指向佇列的頭部和尾部，它的初始狀態在記憶體當中的佈局如下圖所示：

因為是初始狀態head和tail的值都等於0，指向數組當中第一個資料。現在我們向ArrayQueue內部加入5個數據，那麼他的記憶體佈局將如下圖所示：

現在我們刪除4個數據，那麼上圖經過4次刪除操作之後，ArrayQueue內部數據佈局如下：

#在上面的狀態下，我們繼續加入8個數據，那麼佈局情況如下：

我們知道上圖在加入資料的時候不僅將陣列後半部的空間使用完了，而且可以繼續使用前半部沒有使用過的空間，也就是說在ArrayQueue內部實作了一個循環使用的過程。

ArrayQueue原始碼剖析

建構子

public ArrayQueue(int capacity) {
    this.capacity = capacity + 1;
    this.queue = newArray(capacity + 1);
    this.head = 0;
    this.tail = 0;
}

@SuppressWarnings("unchecked")
private T[] newArray(int size) {
    return (T[]) new Object[size];
}

上面的建構子的程式碼比較容易理解，主要就是根據使用者輸入的陣列空間長度去申請數組，不過他具體在申請數組的時候會多申請一個空間。

add函數

public boolean add(T o) {
    queue[tail] = o;
    // 循环使用数组
    int newtail = (tail + 1) % capacity;
    if (newtail == head)
        throw new IndexOutOfBoundsException("Queue full");
    tail = newtail;
    return true; // we did add something
}

上面的程式碼也相對比較容易看懂，在上文當中我們已經提到了ArrayQueue可以循環將資料加入到數組當中去，這一點在上面的程式碼當中也有所體現。

remove函數

public T remove(int i) {
    if (i != 0)
        throw new IllegalArgumentException("Can only remove head of queue");
    if (head == tail)
        throw new IndexOutOfBoundsException("Queue empty");
    T removed = queue[head];
    queue[head] = null;
    head = (head + 1) % capacity;
    return removed;
}

從上面的程式碼當中可以看出，在remove函數當中我們必須傳遞參數0，否則會拋出例外。而在這個函數當中我們只會刪除目前head下標所在位置的數據，然後將head的值進行循環加1操作。

get函數

public T get(int i) {
    int size = size();
    if (i < 0 || i >= size) {
        final String msg = "Index " + i + ", queue size " + size;
        throw new IndexOutOfBoundsException(msg);
    }
    int index = (head + i) % capacity;
    return queue[index];
}

get函數的參數表示得到第i個數據，這個第i個數據並不是數組位置的第i個數據，而是距離head位置為i的位置的數據，了解這一點，上面的程式碼很容易理解的。

resize函數

public void resize(int newcapacity) {
    int size = size();
    if (newcapacity < size)
        throw new IndexOutOfBoundsException("Resizing would lose data");
    newcapacity++;
    if (newcapacity == this.capacity)
        return;
    T[] newqueue = newArray(newcapacity);
    for (int i = 0; i < size; i++)
        newqueue[i] = get(i);
    this.capacity = newcapacity;
    this.queue = newqueue;
    this.head = 0;
    this.tail = size;
}

在resize函數當中先申請新長度的陣列空間，然後將原始陣列的資料一個一個的拷貝到新的陣列當中，注意在這個拷貝的過程當中，重新更新了head與tail，而且並不是簡單的數組拷貝，因為在先前的操作當中head可能已經不是了0，因此新的拷貝需要我們一個一個的從舊數組拿出來，然後放到新數組當中。下圖可以很直覺的看出這個過程：

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