假設(shè)堆棧中有n個(gè)元素
訪(fǎng)問(wèn)：O（n）//最壞情況 插入
刪除：O（1）//頂端插入和刪除元素

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3.2 棧的常見(jiàn)應(yīng)用常見(jiàn)應(yīng)用場(chǎng)景

3.2.1 實(shí)現(xiàn)瀏覽器的回退和前進(jìn)功能

我們只需要使用兩個(gè)棧(Stack1和Stack2)和就能實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。比如你按順序查看了 1,2,3,4 這四個(gè)頁(yè)面，我們依次把 1,2,3,4 這四個(gè)頁(yè)面壓入 Stack1 中。當(dāng)你想回頭看2這個(gè)頁(yè)面的時(shí)候，你點(diǎn)擊回退按鈕，我們依次把4,3這兩個(gè)頁(yè)面從Stack1 彈出，然后壓入 Stack2 中。假如你又想回到頁(yè)面3，你點(diǎn)擊前進(jìn)按鈕，我們將3頁(yè)面從Stack2 彈出，然后壓入到 Stack1 中。示例圖如下:

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3.2.2 檢查符號(hào)是否成對(duì)出現(xiàn)

給定一個(gè)只包括 '('，')'，'{'，'}'，'['，']' 的字符串，判斷該字符串是否有效。

有效字符串需滿(mǎn)足：

1. 左括號(hào)必須用相同類(lèi)型的右括號(hào)閉合。

2. 左括號(hào)必須以正確的順序閉合。

比如 "()"、"()[]{}"、"{[]}" 都是有效字符串，而 "(]" 、"([)]" 則不是。

這個(gè)問(wèn)題實(shí)際是Leetcode的一道題目，我們可以利用棧 Stack 來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

1. 首先我們將括號(hào)間的對(duì)應(yīng)規(guī)則存放在 Map 中，這一點(diǎn)應(yīng)該毋容置疑；

2. 創(chuàng)建一個(gè)棧。遍歷字符串，如果字符是左括號(hào)就直接加入stack中，否則將stack的棧頂元素與這個(gè)括號(hào)做比較，如果不相等就直接返回false。遍歷結(jié)束，如果stack為空，返回 true。

public boolean isValid(String s){
    // 括號(hào)之間的對(duì)應(yīng)規(guī)則
    HashMap<Character, Character> mappings = new HashMap<Character, Character>();
    mappings.put(')', '(');
    mappings.put('}', '{');
    mappings.put(']', '[');
    Stack<Character> stack = new Stack<Character>();
    char[] chars = s.toCharArray();
    for (int i = 0; i < chars.length; i++) {
        if (mappings.containsKey(chars[i])) {
            char topElement = stack.empty() ? '#' : stack.pop();
            if (topElement != mappings.get(chars[i])) {
                return false;
            }
        } else {
            stack.push(chars[i]);
        }
    }
    return stack.isEmpty();
}

3.2.3 反轉(zhuǎn)字符串

將字符串中的每個(gè)字符先入棧再出棧就可以了。

3.2.4 維護(hù)函數(shù)調(diào)用

最后一個(gè)被調(diào)用的函數(shù)必須先完成執(zhí)行，符合棧的 后進(jìn)先出（LIFO, Last In First Out）特性。

四. 隊(duì)列

4.1 隊(duì)列簡(jiǎn)介

隊(duì)列 是 先進(jìn)先出( FIFO，F(xiàn)irst In, First Out) 的線(xiàn)性表。在具體應(yīng)用中通常用鏈表或者數(shù)組來(lái)實(shí)現(xiàn)，用數(shù)組實(shí)現(xiàn)的隊(duì)列叫作 順序隊(duì)列 ，用鏈表實(shí)現(xiàn)的隊(duì)列叫作 鏈?zhǔn)疥?duì)列 。隊(duì)列只允許在后端（rear）進(jìn)行插入操作也就是 入隊(duì) enqueue，在前端（front）進(jìn)行刪除操作也就是出隊(duì) dequeue

隊(duì)列的操作方式和堆棧類(lèi)似，唯一的區(qū)別在于隊(duì)列只允許新數(shù)據(jù)在后端進(jìn)行添加。

假設(shè)隊(duì)列中有n個(gè)元素
訪(fǎng)問(wèn)：O（n）//最壞情況插入
刪除：O（1）//后端插入前端刪除元素

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4.2 隊(duì)列分類(lèi)

4.2.1 單隊(duì)列

單隊(duì)列就是常見(jiàn)的隊(duì)列, 每次添加元素時(shí)，都是添加到隊(duì)尾。單隊(duì)列又分為 順序隊(duì)列（數(shù)組實(shí)現(xiàn)） 和 鏈?zhǔn)疥?duì)列（鏈表實(shí)現(xiàn)）。

順序隊(duì)列存在“假溢出”的問(wèn)題也就是明明有位置卻不能添加的情況。

假設(shè)下圖是一個(gè)順序隊(duì)列，我們將前兩個(gè)元素1,2 出隊(duì)，并入隊(duì)兩個(gè)元素7,8。當(dāng)進(jìn)行入隊(duì)、出隊(duì)操作的時(shí)候，front和 rear 都會(huì)持續(xù)往后移動(dòng)，當(dāng) rear 移動(dòng)到最后的時(shí)候,我們無(wú)法再往隊(duì)列中添加數(shù)據(jù)，即使數(shù)組中還有空余空間，這種現(xiàn)象就是 ”假溢出“ 。除了假溢出問(wèn)題之外，如下圖所示，當(dāng)添加元素8的時(shí)候，rear 指針移動(dòng)到數(shù)組之外（越界）。

為了避免當(dāng)只有一個(gè)元素的時(shí)候，隊(duì)頭和隊(duì)尾重合使處理變得麻煩，所以引入兩個(gè)指針，front 指針指向?qū)︻^元素，rear 指針指向隊(duì)列最后一個(gè)元素的下一個(gè)位置，這樣當(dāng) front 等于 rear 時(shí)，此隊(duì)列不是還剩一個(gè)元素，而是空隊(duì)列。——From 《大話(huà)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》

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4.2.2 循環(huán)隊(duì)列

循環(huán)隊(duì)列可以解決順序隊(duì)列的假溢出和越界問(wèn)題。解決辦法就是：從頭開(kāi)始，這樣也就會(huì)形成頭尾相接的循環(huán)，這也就是循環(huán)隊(duì)列名字的由來(lái)。

還是用上面的圖，我們將 rear 指針指向數(shù)組下標(biāo)為 0 的位置就不會(huì)有越界問(wèn)題了。當(dāng)我們?cè)傧蜿?duì)列中添加元素的時(shí)候， rear 向后移動(dòng)。

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順序隊(duì)列中，我們說(shuō) front==rear 的時(shí)候隊(duì)列為空，循環(huán)隊(duì)列中則不一樣，也可能為滿(mǎn)，如上圖所示。解決辦法有兩種：

1. 可以設(shè)置一個(gè)標(biāo)志變量 flag,當(dāng) front==rear 并且 flag=0 的時(shí)候隊(duì)列為空，當(dāng)front==rear 并且 flag=1 的時(shí)候隊(duì)列為滿(mǎn)。

2. 隊(duì)列為空的時(shí)候就是 front==rear ，隊(duì)列滿(mǎn)的時(shí)候，我們保證數(shù)組還有一個(gè)空閑的位置，rear 就指向這個(gè)空閑位置，如下圖所示，那么現(xiàn)在判斷隊(duì)列是否為滿(mǎn)的條件就是： (rear+1) % QueueSize= front 。

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常見(jiàn)應(yīng)用場(chǎng)景

• 阻塞隊(duì)列： 阻塞隊(duì)列可以看成在隊(duì)列基礎(chǔ)上加了阻塞操作的隊(duì)列。當(dāng)隊(duì)列為空的時(shí)候，出隊(duì)操作阻塞，當(dāng)隊(duì)列滿(mǎn)的時(shí)候，入隊(duì)操作阻塞。使用阻塞隊(duì)列我們可以很容易實(shí)現(xiàn)“生產(chǎn)者 - 消費(fèi)者“模型。

• 線(xiàn)程池中的請(qǐng)求/任務(wù)隊(duì)列： 線(xiàn)程池中沒(méi)有空閑線(xiàn)程時(shí)，新的任務(wù)請(qǐng)求線(xiàn)程資源時(shí)，線(xiàn)程池該如何處理呢？答案是將這些請(qǐng)求放在隊(duì)列中，當(dāng)有空閑線(xiàn)程的時(shí)候，會(huì)循環(huán)中反復(fù)從隊(duì)列中獲取任務(wù)來(lái)執(zhí)行。隊(duì)列分為無(wú)界隊(duì)列(基于鏈表)和有界隊(duì)列(基于數(shù)組)。無(wú)界隊(duì)列的特點(diǎn)就是可以一直入列，除非系統(tǒng)資源耗盡，比如 ：FixedThreadPool 使用無(wú)界隊(duì)列 LinkedBlockingQueue。但是有界隊(duì)列就不一樣了，當(dāng)隊(duì)列滿(mǎn)的話(huà)后面再有任務(wù)/請(qǐng)求就會(huì)拒絕，在 Java 中的體現(xiàn)就是會(huì)拋出java.util.concurrent.RejectedExecutionException 異常。

• linux內(nèi)核進(jìn)程隊(duì)列（按優(yōu)先級(jí)排隊(duì)）

• 實(shí)現(xiàn)生活中的派對(duì)，播放器上的播放列表;

• 消息隊(duì)列

• 等等……

參考

• https://www.geeksforgeeks.org/overview-of-data-structures-set-1-linear-data-structures/

• 《大話(huà)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》