【Java 集合框架】PriorityQueue 优先级队列的使用

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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。

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

  • 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img - 再通过它的参构造方法转到定义,又可以看到img - 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img - 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
  • <p>PriorityQueue 的底层默认是一个小根堆</p>
  • <p>如何使 PriorityQueue 的底层是一个大根堆?</p>
    - 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img

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

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));
    }
}

img

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img

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

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img

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img

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

6.1 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

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