Java 集合框架PriorityQueue 优先级队列的使用

Posted 2022-04-12 吞吞吐吐大魔王

文章目录

• 1. 场景引入
• 2. PriorityQueue 介绍
• 3. 知识点
• 4. 常用方法
• 5. 优先级队列插入元素的细节问题
• 6. PriorityQueue 大根堆的创建方式
• • 6.1 思路
  • 6.2 代码实现
  • 6.3 使用匿名内部类

1. 场景引入

我们知道，Queue是一个先进先出（FIFO）的队列。

在很多应用中，我们通常需要按照优先情况对待处理对象进行处理，比如首先处理优先级最高的对象，然后处理次高的对象。最简单的一个例子就是，在手机上玩游戏时，如果有来电，那么系统应该优先处理进来的电话。

这个时候，我们发现，要实现上述的操作，用Queue就不行了，因为Queue会严格按 FIFO 的原则取出队首元素。故有了我们需要的优先队列：PriorityQueue。

2. PriorityQueue 介绍

Java 中 PriorityQueue 继承了 Queue 接口，它的底层是一个堆。

3. 知识点

• PriorityQueue 的底层是一个数组

  • 我们可以转到它的定义，可以看到它的底层定义是一个数组。为了知道这个数组的初始大小有多大
  • 再通过它的参构造方法转到定义，又可以看到
  • 再点击 this，转到其定义，我们发现又跳到了一个含两个参数的构造方法
  • 又在 PriorityQueue 的定义中 DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 11，即 initialCapacity = 11，所以我们可以知道数组的初始大小为11

• PriorityQueue 的底层默认是一个小根堆

• 如何使 PriorityQueue 的底层是一个大根堆？

  • 引用上图 PriorityQueue 的含参定义，我们知道第一个参数代表数组的大小，而第二个参数就一个比较器，传给他的就是比较的方法，通过给他传入大根堆的比较方式，我们就可以使 PriorityQueue 的底层变成大根堆

4. 常用方法

方法	描述
boolean offer(E e)	入队列
E poll()	出队列
E peek()	得到队首元素
int size()	返回集合中的元素个数

注意： 下面的示例都是一份代码分开拿出来的，上下其实是有逻辑关系的

示例一： 用 Priority Queue 创建一个优先级队列

PriorityQueue<Integer> queue=new PriorityQueue<>();

示例二： 入队列

queue.offer(10);
queue.offer(2);
queue.offer(5);

示例三： 得到队首元素

System.out.println(queue.peek());
// 结果为：2

示例四： 出队列

System.out.println(queue.poll());
// 结果为：2

示例五： 返回集合中元素个数

System.out.println(queue.size());
// 结果为：2

5. 优先级队列插入元素的细节问题

当我们使用优先级队列的时候，插入元素其实有个前提：

插入的元素不能是 null 或者元素之间必须能够进行比较

而基本的包装类类型都可以进行比较，如：Integer、Double、Float。但是对于我们自定义的类型，其实就可能不能比较，就如下面这个类当我们使用优先级队列对它的对象进行插入时，其实会报错

class Student
    private String name;
    private int age;

    public Student(String name, int age, double score) 
        this.name = name;
        this.age = age;
    

public class TestDemo
    public static void main(String[] args)
        PriorityQueue<Student> queue=new PriorityQueue<>();
        queue.offer(new Student("Tom",18));
        queue.offer(new Student("Hen",34));
    

这是因为优先级队列的底层默认是一个小根堆，它存入元素时是需要进行比较对象的大小的。

我们可以转到 PriorityQueue 的无参构造方法的定义看看

此时我们的 comparator 默认是 null，我们再转到 offer 方法的定义看看

好像并没有什么异常，但是由于我插入第二个元素时，i 不为0，所以要进行 siftUp 方法，我们转到它的定义

由于我们知道 comparator 为 null，那么则要进行 siftUpComparable 方法，继续转到它的定义

我们发现，创建的 Student 的对象，被强转为了 Comparable<? super E>，并且还调用了 compareTo 方法。如果大家有看过我写的 解析 Java 的多态、抽象类和接口 和 Java 对象的比较 这两篇文章，那我就有讲到 compareTo 这个方法。这个方法是 Comparable 的一个抽象方法，定义的是比较对象大小的一个规则。

因此为了解决这个问题，我们就可以使用和 Comparable 或 Comparator 接口相关的知识

6. PriorityQueue 大根堆的创建方式

6.1 思路

这里便不对源码做具体分析，我们如果要 PriorityQueue 创建出的是一个大根堆，只需要对具体类型写一个比较器即可

6.2 代码实现

// 定义的某个要比较类型的比较器
class IntegerComparator implements Comparator<Integer>
    @Override
    public int compare(Integer o1,Integer o2)
        // 如果第二个元素-第一个元素就是大根堆的实现方式，反之则为小根堆的创建方式，可以从源码去了解
        return o2-o1;
    

public class TestDemo
    public static void main(String[] args)
        PriorityQueue<Integer> maxHeap=new PriorityQueue<>(IntegerComparator);
    

6.3 使用匿名内部类

上述代码也可以写成

public class TestDemo
    public static void main(String[] args)
        PriorityQueue<Integer> maxHeap=new PriorityQueue<>(new Comparator<Integer>()
            @Override
            public int compare(Integer o1,Integer o2)
                return o2-o1;
            
        )
    

这相当使用了一个匿名的内部类的方式去创建大根堆