java.util.PriorityQueue类

java.util.PriorityQueue类


优先级队列

  • 优先级队列,是0或多个元素的集合,集合中每个元素都有一个权重值每次出队都弹出优先级最大或最小的元素
  • 优先级队列一般使用实现,堆一般用数组存储

PriorityQueue

特点

  1. 不允许null元素
  2. PriorityQueue是无界的,底层是动态数组,会动态扩容 —— 如果容量小于64,每次扩容2倍(准确来说是2倍 + 2);如果容量大于64,每次扩容1.5倍
  3. PriorityQueue是小顶堆,所以PriorityQueue队首元素是优先级最小的元素,每次出队都将队首弹出
  4. PriorityQueue非线程安全

    线程安全的版本是PriorityBlockingQueue


成员变量

  1. private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 11;默认容量11
  2. transient Object[] queue;:存储实际元素的数组;
  3. private int size = 0;实际元素个数
  4. private final Comparator<? super E> comparator;自定义的比较器,区别于元素的自然序
  5. transient int modCount = 0;:队列结构变化次数

    modCount说明该容器也是fail-fast


API

1. 入队

  1. public boolean add(E e)

    add底层调用offer,没有区别。

  2. public boolean offer(E e)不允许null元素

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public boolean add(E e) {
return offer(e);
}

public boolean offer(E e) {
//不允许null元素
if(e == null) throw new NullPointerException();
//入队会改变队列结构
modCount++;
int i = size;
//如果实际元素个数达到了元素数组长度,则需要扩容1个元素
if(i >= queue.length) grow(i + 1);
//实际元素 + 1
size = i + 1;
//如果队列为空,直接在队首插入
if(i == 0) queue[0] = e;
else
siftUp(i, e); //如果队列不为空,将元素插入队尾,重新建堆
return true;
}

//扩容
private void grow(int minCapacity) {
//旧容量
int oldCapacity = queue.length;
//新容量:
//旧容量小于64,扩容2倍
//旧容量大于64,扩容1.5倍
int newCapacity = oldCapacity + ((oldCapacity < 64) ?
(oldCapacity + 2) :
(oldCapacity >> 1));
//检查新容量是否超过最大容量
if(newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
queue = Arrays.copyOf(queue, newCapacity);
}

//超过MAX_ARRAY_SIZE,取Integer.MAX_VALUE
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if(minCapacity < 0)
throw new OutOfMemoryError();
return(minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE;
}

//将元素插入队尾,重新建堆
private void siftUp(int k, E x) {
//判断是否有比较器
if(coparator != null)
siftUpUsingComparator(k, x); //自定义比较器
else
siftUpComparable(k, x); //自然序
}

//自然序 —— 建立小顶堆
@SuppressWarnings("unchecked")
private void siftUpComparable(int k, E x) {
Comparable<? super E> key = (Comparable<? super E>) x;
while(k > 0) {
//由于堆是完全二叉树,k的父节点下标就是(k - 1)/2
int parent = (k - 1) >>> 1;
Object e = queue[parent];
//插入元素 >= 父节点,break
if(key.compareTo((E) e) >= 0) break;
//插入元素 < 父节点,交换位置
queue[k] = e;
k = parent;
}
queue[k] = key;
}

参考堆排序可知,PriorityQueue是小顶堆


2. 出队:弹出队首

  1. public E remove():调用的poll()弹出队首但是没有元素时抛出异常
  2. public E poll()
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public E remove() {
//调用poll()弹出队首
E x = poll();
if(x != null)
return x;
//如果元素不存在,即队列为空,remove()会抛出异常
else
throw new NoSuchElementException();
}

//弹出队首
@SuppressWarning("unchecked")
public E poll() {
//没有元素则返回null
if(size == 0)
return null;
//弹出元素,元素个数 - 1
int s = --size;
//修改次数 + 1
modCount++;
//记录队首
E result = (E) queue[0];
//记录队尾
E x = (E) queue[s];
//删除队尾空间
queue[s] = null;
if(s != 0)
siftDown(0, x); //重新从上往下建堆
return result;
}

//从上往下重新建堆
private void siftDown(int k, E x) {
//自定义比较器
if(Comparator != null)
siftDownUsingComparator(k, x);
//自然序
else
siftDownComparable(k, x);
}

//自然序从上往下建堆
@SuppressWarning("unchecked")
private void siftDownComparable(int k, E x) {
Comparable<? super E> key = (Comparable<? super E>) x;
int half = size >>> 1; //只比较一半
while(k < half) {
//由于堆是完全二叉树,k的左儿子下标是(k * 2) + 1
int child = (k <<< 1) + 1;
Object c = queue[parent];
//右儿子位置
int right = child + 1;
//取左右儿子较小者
if(right < size &&
((Comparable<? super E>) c).compareTo((E) queue[right]) > 0)
c = queue[child = right];
if(key.compareTo((E) c) <= 0) break;
queue[k] = c;
k = child;
}
queue[k] = key;
}

3. 查看队首

  1. public E element():调用的peek但是没有元素时抛出异常
  2. public E peek()
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public E element() {
E x = peek();
if(x != null)
return x;
else
throw new NoSuchElementException();
}

public E peek() {
return (size == 0) ? null : (E) queue[0];
}
-------------本文结束感谢您的阅读-------------

本文标题:java.util.PriorityQueue类

文章作者:DragonBaby308

发布时间:2019年09月11日 - 22:47

最后更新:2019年09月22日 - 10:09

原始链接:http://www.dragonbaby308.com/java-util-PriorityQueue/

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