java优先队列 PriorityQueue详解（附图）

文章目录

• 前言
• 一、概念及应用场景
• 二、原理及源码分析
• 总结

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前言

最近接触到优先队列的题目，正好趁这个机会复习一下优先队列，并深入了解一下源码。

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一、概念及应用场景

PriorityQueue翻译过来是优先队列，是队列中的一种特殊队列。PriorityQueue里的元素是有序的，默认情况下是单调增，可以通过传入Comparator根据自己的需求来更改。

在概念上，它是一个有序的二叉树，这种顺序的规则是（默认情况下），每个节点的值都比它的孩子节点的值小。一个最小堆如下图所示：
只要符合每个节点的值都比它的孩子节点小即可。

在实现上，它使用数组来存储。因为该最小堆的是完全二叉树，所以按照每层从左向右的顺序存储，那么节点下标为 n 的孩子节点分别（2n+1）和（2n+2）为如上图的存储方式为：

应用场景

* 数据的操作为每次需要取最大值或最小值时

二、原理及源码分析

1. 了解继承图

以上是PriorityQueue属于集合框架下的类。它具有集合的特点，所以集合中的方法它能够使用。PriorityQueue继承自AbstractQueue，不允许插入null元素。

PriorityQueue继承自Queue, 所以在使用上 也继承了Queue的 offer()与poll()。鉴于PriorityQueue的 #有序 它重写了该方法

2. 优先队列的插入

为了保持PriorityQueue元素的有序性，在进行插入时，我们总是对插入后的数组做调整，这种调整的方式如下：

• 首先将新增元素放到队尾
• 将插入元素与它的父节点比较，如果父节点比元素大，将元素与父节点元素调换位置
• 继续将该元素与父节点比较，直到该元素为根节点或比父节点的元素大为止

上述步骤如下图所示

这个时候得到的队列就是有序队列了。那我们来一起看看源码实现的方法吧！

以下是PriorityQueue的offer有关源码（jdk1.8）：

 public boolean offer(E e) {
        if (e == null)   //判空
            throw new NullPointerException();
        modCount++;  //记录优先队列修改的次数
        int i = size;
        if (i >= queue.length) // 元素的个数大于等于数组的大小
            grow(i + 1); // 扩容
        size = i + 1;
        if (i == 0) //元素个数为空，将元素放入数组的第一个格子中
            queue[0] = e;
        else
            siftUp(i, e);// 增加元素
        return true;
    }

private void siftUp(int k, E x) {
        if (comparator != null)   //传入了comparator 时
            siftUpUsingComparator(k, x);
        else     //没有传入comparator 时
            siftUpComparable(k, x);
    }

//传入了comparator时
private void siftUpUsingComparator(int k, E x) {
		//k刚开始为数组中现有元素的最后一个下标
        while (k > 0) {  
            int parent = (k - 1) >>> 1; //找到k所在位置的父节点下标
            Object e = queue[parent];
            //使用传入的comparator比较
            if (comparator.compare(x, (E) e) >= 0)  //比较元素大于父节点，则什么也不做
                break;
            //否则将两个值互换
            queue[k] = e;
            k = parent;
        }
        queue[k] = x;
    }

没有传入comparator的与传入的同理，比较时使用的是默认的比大小方法：

// 没有传入comparator时
private void siftUpComparable(int k, E x) {
        Comparable<? super E> key = (Comparable<? super E>) x;
        while (k > 0) {
            int parent = (k - 1) >>> 1;
            Object e = queue[parent];
            if (key.compareTo((E) e) >= 0)
                break;
            queue[k] = e;
            k = parent;
        }
        queue[k] = key;
    }

总结

PriorityQueue 作为有序队列能很好的解决每次去最大或最小元素的问题。以上就是优先队列的有关内容。

本文地址：https://blog.csdn.net/weixin_44780082/article/details/111991508