一、Queue简介

Queue是C#中的一种数据结构，是一种线性的数据结构，遵循先进先出的原则。它类似于现实生活中的排队等待的场景，队尾插入元素，队头删除元素。 Queue<T> 是一个强类型的泛型类，其中T指示队列中存储的元素类型。Queue<T> 的基础类库中的实现是用数组构建的，但是从表面上看，它看起来像链表，队列的头和尾都可以进行插入和删除。

二、Queue成员

1. Count属性

Count属性可以返回队列中的元素数量

Queue<int> queue = new Queue<int>();
queue.Enqueue(1);
queue.Enqueue(2);
queue.Enqueue(3);
Console.WriteLine(queue.Count); //3

2. Enqueue方法

Enqueue方法用于将元素插入到队列的末尾

Queue<int> queue = new Queue<int>();
queue.Enqueue(1);
queue.Enqueue(2);
queue.Enqueue(3);

3. Dequeue方法

Dequeue方法用于从队列的头部删除一个元素，并返回该元素。

Queue<int> queue = new Queue<int>();
queue.Enqueue(1);
queue.Enqueue(2);
queue.Enqueue(3);
int first = queue.Dequeue();
Console.WriteLine(first); //1
Console.WriteLine(queue.Count); //2

4. Peek方法

Peek方法返回队列头部的元素，但不删除它。

Queue<int> queue = new Queue<int>();
queue.Enqueue(1);
queue.Enqueue(2);
queue.Enqueue(3);
int first = queue.Peek();
Console.WriteLine(first); //1
Console.WriteLine(queue.Count); //3

三、Queue的用途

Queue常用于异步处理中，通过队列方式缓存任务，防止系统崩溃，例如定时任务、IO操作。以下是一个简单的定时任务例子，每隔5秒执行一次指定操作：

static void Main(string[] args)
{
    Queue<Action> queue = new Queue<Action>();
    queue.Enqueue(() => Console.WriteLine("执行操作1"));
    queue.Enqueue(() => Console.WriteLine("执行操作2"));
    queue.Enqueue(() => Console.WriteLine("执行操作3"));
    while (true)
    {
        if (queue.Count > 0)
        {
            Action action = queue.Dequeue();
            action.Invoke();
        }
        Thread.Sleep(5000);
    }
}

四、Queue实现原理

Queue的基本实现是通过一个数组和两个指针来完成的：一个指向队列的头部，另一个指向队列的尾部。队列的插入和删除操作只能从队列的尾部和头部进行。以下是一个简单的Queue的基本实现代码：

public class Queue<T>
{
    private T[] _items;
    private int _head;
    private int _tail;
    private int _size;
    public int Count => _size;
    public Queue() => _items = new T[0];
    public Queue(int capacity)
    {
        if (capacity < 0)
            throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(capacity), "初始容量不能小于0。");
        _items = new T[capacity];
    }
    public void Enqueue(T item)
    {
        if (_size == _items.Length)
        {
            int newLength = _size == 0 ? 4 : _size * 2;
            T[] newArray = new T[newLength];
            if (_size > 0)
            {
                if (_head < _tail)
                {
                    Array.Copy(_items, _head, newArray, 0, _size);
                }
                else
                {
                    Array.Copy(_items, _head, newArray, 0, _items.Length - _head);
                    Array.Copy(_items, 0, newArray, _items.Length - _head, _tail);
                }
            }
            _items = newArray;
            _head = 0;
            _tail = (_size == newLength) ? 0 : _size;
        }
        _items[_tail] = item;
        _tail = (_tail + 1) % _items.Length;
        _size++;
    }
    public T Dequeue()
    {
        if (_size == 0)
            throw new InvalidOperationException("队列为空。");
        T dequeued = _items[_head];
        _items[_head] = default;
        _head = (_head + 1) % _items.Length;
        _size--;
        return dequeued;
    }
    public T Peek()
    {
        if (_size == 0)
            throw new InvalidOperationException("队列为空。");
        return _items[_head];
    }
}

上述代码中，_items数组用于存储队列中的元素，_head指针指向队列的头部，_tail指针指向队列的尾部，_size用于记录队列中的元素个数。

五、总结

Queue是C#中非常重要的一种数据结构，它是用数组构建的，但是它看起来像链表，队列的头和尾都可以进行插入和删除。使用Queue可以提高代码的效率，常用于异步处理中，例如定时任务、IO操作。

C# Queue详解