js 实现队列

队列的基本概念

队列是一种先进先出（FIFO）的数据结构，支持在队尾插入元素（入队），在队头移除元素（出队）。JavaScript中可以通过数组或链表实现队列。

使用数组实现队列

数组的 push 和 shift 方法分别对应入队和出队操作：

class ArrayQueue {
  constructor() {
    this.items = [];
  }

  // 入队
  enqueue(element) {
    this.items.push(element);
  }

  // 出队
  dequeue() {
    if (this.isEmpty()) return "Queue is empty";
    return this.items.shift();
  }

  // 查看队头元素
  peek() {
    if (this.isEmpty()) return "Queue is empty";
    return this.items[0];
  }

  // 判断队列是否为空
  isEmpty() {
    return this.items.length === 0;
  }

  // 获取队列长度
  size() {
    return this.items.length;
  }

  // 清空队列
  clear() {
    this.items = [];
  }
}

使用链表实现队列

链表实现可以避免数组 shift 操作的高时间复杂度（O(n)）：

class Node {
  constructor(value) {
    this.value = value;
    this.next = null;
  }
}

class LinkedListQueue {
  constructor() {
    this.head = null;
    this.tail = null;
    this.length = 0;
  }

  // 入队
  enqueue(value) {
    const newNode = new Node(value);
    if (!this.head) {
      this.head = newNode;
      this.tail = newNode;
    } else {
      this.tail.next = newNode;
      this.tail = newNode;
    }
    this.length++;
  }

  // 出队
  dequeue() {
    if (!this.head) return null;
    const removedValue = this.head.value;
    this.head = this.head.next;
    this.length--;
    if (this.length === 0) this.tail = null;
    return removedValue;
  }

  // 查看队头元素
  peek() {
    return this.head?.value ?? null;
  }

  // 判断队列是否为空
  isEmpty() {
    return this.length === 0;
  }

  // 获取队列长度
  size() {
    return this.length;
  }
}

性能对比

• 数组实现：shift 操作需要移动所有剩余元素，时间复杂度为 O(n)。
• 链表实现：入队和出队操作均为 O(1)，适合频繁操作的场景。

实际应用示例

浏览器任务队列、消息队列等场景通常需要高效的队列实现。以下是一个简单的任务调度示例：

const taskQueue = new LinkedListQueue();
taskQueue.enqueue(() => console.log("Task 1"));
taskQueue.enqueue(() => console.log("Task 2"));

while (!taskQueue.isEmpty()) {
  const task = taskQueue.dequeue();
  task(); // 执行任务
}

扩展：循环队列

当队列容量固定时，循环队列可以复用空间：

class CircularQueue {
  constructor(k) {
    this.size = k;
    this.queue = new Array(k);
    this.head = -1;
    this.tail = -1;
  }

  enQueue(value) {
    if (this.isFull()) return false;
    if (this.isEmpty()) this.head = 0;
    this.tail = (this.tail + 1) % this.size;
    this.queue[this.tail] = value;
    return true;
  }

  deQueue() {
    if (this.isEmpty()) return false;
    if (this.head === this.tail) {
      this.head = -1;
      this.tail = -1;
    } else {
      this.head = (this.head + 1) % this.size;
    }
    return true;
  }
}