java PriorityQueue
来源:互联网 发布:js 数组包含对象 编辑:程序博客网 时间:2024/05/22 10:45
优先级队列是一种队列结构,是0个或多个元素的集合,每个元素都有一个优先权,PriorityQueue被内置于JDK中,本文就来解析Java中PriorityQueue优先级队列结构的源码及用法.
一、PriorityQueue的数据结构
JDK7中PriorityQueue(优先级队列)的数据结构是二叉堆。准确的说是一个最小堆。
二叉堆是一个特殊的堆, 它近似完全二叉树。二叉堆满足特性:父节点的键值总是保持固定的序关系于任何一个子节点的键值,且每个节点的左子树和右子树都是一个二叉堆。
当父节点的键值总是大于或等于任何一个子节点的键值时为最大堆。 当父节点的键值总是小于或等于任何一个子节点的键值时为最小堆。
下图是一个最大堆
priorityQueue队头就是给定顺序的最小元素。
priorityQueue不允许空值且不支持non-comparable的对象。priorityQueue要求使用Comparable和Comparator接口给对象排序,并且在排序时会按照优先级处理其中的元素。
priorityQueue的大小是无限制的(unbounded), 但在创建时可以指定初始大小。当增加队列元素时,队列会自动扩容。
priorityQueue不是线程安全的, 类似的PriorityBlockingQueue是线程安全的。
我们知道队列是遵循先进先出(First-In-First-Out)模式的,但有些时候需要在队列中基于优先级处理对象。举个例子,比方说我们有一个每日交易时段生成股票报告的应用程序,需要处理大量数据并且花费很多处理时间。客户向这个应用程序发送请求时,实际上就进入了队列。我们需要首先处理优先客户再处理普通用户。在这种情况下,Java的PriorityQueue(优先队列)会很有帮助。
PriorityQueue是基于优先堆的一个无界队列,这个优先队列中的元素可以默认自然排序或者通过提供的Comparator(比较器)在队列实例化的时排序。
优先队列不允许空值,而且不支持non-comparable(不可比较)的对象,比如用户自定义的类。优先队列要求使用Java Comparable和Comparator接口给对象排序,并且在排序时会按照优先级处理其中的元素。
优先队列的头是基于自然排序或者Comparator排序的最小元素。如果有多个对象拥有同样的排序,那么就可能随机地取其中任意一个。当我们获取队列时,返回队列的头对象。
优先队列的大小是不受限制的,但在创建时可以指定初始大小。当我们向优先队列增加元素的时候,队列大小会自动增加。
PriorityQueue是非线程安全的,所以Java提供了PriorityBlockingQueue(实现BlockingQueue接口)用于Java多线程环境。
二、PriorityQueue源码分析
成员:
priavte transient Object[] queue;private int size = 0;
1.PriorityQueue构造小顶堆的过程
这里我们以priorityQueue构造器传入一个容器为参数PriorityQueue(Collecntion
private void initElementsFromCollection(Collection<? extends E> c) { Object[] a = c.toArray(); // If c.toArray incorrectly doesn't return Object[], copy it. if (a.getClass() != Object[].class) a = Arrays.copyOf(a, a.length, Object[].class); int len = a.length; if (len == 1 || this.comparator != null) for (int i = 0; i < len; i++) if (a[i] == null) throw new NullPointerException(); this.queue = a; this.size = a.length;}
调整,使数据满足小顶堆的结构。
首先介绍两个调整方式siftUp和siftDown
siftDown: 在给定初始化元素的时候,要调整元素,使其满足最小堆的结构性质。因此不停地从上到下将元素x的键值与孩子比较并做交换,直到找到元素x的键值小于等于孩子的键值(即保证它比其左右结点值小),或者是下降到叶子节点为止。
例如如下的示意图,调整9这个节点:
private void siftDownComparable(int k, E x) { Comparable<? super E> key = (Comparable<? super E>)x; int half = size >>> 1; // size/2是第一个叶子结点的下标 //只要没到叶子节点 while (k < half) { int child = (k << 1) + 1; // 左孩子 Object c = queue[child]; int right = child + 1; //找出左右孩子中小的那个 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;}
siftUp: priorityQueue每次新增加一个元素的时候是将新元素插入对尾的。因此,应该与siftDown有同样的调整过程,只不过是从下(叶子)往上调整。
例如如下的示意图,填加key为3的节点:
private void siftUpComparable(int k, E x) { Comparable<? super E> key = (Comparable<? super E>) x; while (k > 0) { int parent = (k - 1) >>> 1; //获取parent下标 Object e = queue[parent]; if (key.compareTo((E) e) >= 0) break; queue[k] = e; k = parent; } queue[k] = key;}
总体的建立小顶堆的过程就是:
private void initFromCollection(Collection<? extends E> c) { initElementsFromCollection(c); heapify(); }
其中heapify就是siftDown的过程。
2.PriorityQueue容量扩容过程
从实例成员可以看出,PriorityQueue维护了一个Object[], 因此它的扩容方式跟顺序表ArrayList相差不多。
这里只给出grow方法的源码
private void grow(int minCapacity) { int oldCapacity = queue.length; // Double size if small; else grow by 50% int newCapacity = oldCapacity + ((oldCapacity < 64) ? (oldCapacity + 2) : (oldCapacity >> 1)); // overflow-conscious code if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); queue = Arrays.copyOf(queue, newCapacity); }
可以看出,当数组的Capacity不大的时候,每次扩容也不大。当数组容量大于64的时候,每次扩容double。
三、PriorityQueue的应用
import java.util.Comparator;import java.util.PriorityQueue;import java.util.Queue;public class test { private String name; private int population; public test(String name, int population) { this.name = name; this.population = population; } public String getName() { return this.name; } public int getPopulation() { return this.population; } public String toString() { return getName() + " - " + getPopulation(); } public static void main(String args[]) { Comparator<test> OrderIsdn = new Comparator<test>(){ public int compare(test o1, test o2) { // TODO Auto-generated method stub int numbera = o1.getPopulation(); int numberb = o2.getPopulation(); if(numberb > numbera) { return 1; } else if(numberb<numbera) { return -1; } else { return 0; } } }; Queue<test> priorityQueue = new PriorityQueue<test>(11,OrderIsdn); test t1 = new test("t1",1); test t3 = new test("t3",3); test t2 = new test("t2",2); test t4 = new test("t4",0); priorityQueue.add(t1); priorityQueue.add(t3); priorityQueue.add(t2); priorityQueue.add(t4); System.out.println(priorityQueue.poll().toString()); }}
文章来自脚本之家、CSDN
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