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队列（Queue）与相关数据结构

1. 队列（Queue）的定义

队列是一种运算受限的线性数据结构，最大的特点是其优先级开发简化确保生产者和消费者的数据交错合理流动。队列的核心特征是：先进先出（FIFO），即入队一次，出队一次。这种受限性使得队列在多线程场景中实现数据同步与任务处理显得尤为重要。

1.1 队列的基本特点

• 插入操作：只能在队列的末尾（rear）执行，新插入的元素自动成为队列末端的一个节点。
• 删除操作：只能在队列的前端（front）执行。
• 数据结构：典型的队列的数据结构可分为固定数组实现与动态对象实现两种形式。

2. 线程队列的应用场景

在多线程并发环境中，同时运行多个线程会导致资源争夺，降低系统效率。线程队列通过实现“先进先出”的方式，限制每个任务的执行单元顺序推进，有助于避免资源饱和。

2.1 线程队列的作用

• 提供任务启动与调度的有序性
• 实现多线程程序中资源互不干扰的并发处理

3. 基于数组的队列实现

基于数组的队列以动态数组作为数据存储单元，具备灵活操控数据的特点。两种主要实现方式根据数组的增长方向区别：一种是“头指针”可动态扩充另一是“尾指针”采用连续访问方式。

3.1 队列操作方法

• enqueue：将元素加入队列尾部。
• dequeue：去掉队列前部的元素。
• front：获取队列当前头部元素。
• isEmpty：判断队列是否为空。
• size：返回队列当前元素总数。

基于数组的队列通过循环复制和移动数组来实现准备位置的变换，虽然效率较高但操作复杂，需额外数组来暂存数据。

4. 基于对象的队列实现

基于对象的队列实现通过对象属性实现计数和追踪队列首元，数据存储采用对象属性集合，尾部插入操作可通过键值对实现，实现起来更为灵活。

4.1 延展功能

• enqueue：以count属性作为键存储元素。
• dequeue：取出lowestCount属性对应的键值对，并更新trace指针。
• peek：查看当前首元元素，若为空则返回undefined。
• isEmpty：根据count与lowestCount进行空值判定。
• size：返回count - lowestCount的差异值。
• clear：清空所有元素，重置count、lowestCount和items属性。
• toString：将队列内元素转换为字符串形式，便于调试输出。

5. 双端队列（Deque）

双端队列是一种既可以作为队列又可以作为栈使用的数据结构。它允许从队列的首端和尾部同时进行插入和删除操作，既遵循FIFO原则，也支持LIFO（后进先出）流动模式。

5.1 双端队列主要特性

• 允许队首删除和队尾插入
• 双端操作可能提高利用率
• 需要实现智能扩充机制，以应对不同数据区域的波动需求

6. 优先级队列（Priority Queue）

优先级队列是一种将元素按照其优先级进行排序管理的队列。插入新元素时，与已存元素对比优先级，从而确定合适位置。其结构与标准队列无异，唯一区别在于插入逻辑的完善和元素存储方式的优化。

6.1 优先级队列实现关键点

• 追加优先级信息
• 插入时比较元素优先级，确定插入位置
• 存储方式可根据需求采用数组或对象
• 出队逻辑与传统队列一致，按顺序弹出Wait，实际上优先级队列通常不支持直接弹出指定优先级元素，需要进行优化处理。（这部分可能需要更正）

7. 应用实例：击鼓传花游戏

队列在某些经典游戏中发挥了重要作用，击鼓传花是一个典型例子。在游戏中，多人循环抢球，任务交替进行。

7.1 击鼓传花解决方案

• 队列作为任务调度器，将所有参与者的任务依次放入队列
• 在指定轮数后，将前N-1个人从队列头部移动到队列尾部
• 最后一个留在队列中的参与自 Dynamics组合规则最终决定胜负

这一过程通过队列模式实现了资源调度与任务顺序控制，极大简化了游戏逻辑。

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