上一篇讲到ArrayDeque作为队列,性能碾压了LinkedList。所以,我们用顺序队列的时候,优先选择ArrayDeque。
那么,今天我们继续看看另外一种队列,优先级队列PriorityQueue。
public class PriorityQueue<E> extends AbstractQueue<E>
implements java.io.Serializable
PriorityQueue继承了AbstractQueue抽象类,并实现了Serializable接口。而AbstractQueue抽象类实现了Queue接口,对其中方法进行了一些通用的封装,如下图。
先看看PriorityQueue内部是什么结构?
public PriorityQueue() {
this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, null);
}
调用了另外一个构造函数this
,传入2个参数,其中一个参数是:
private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 11;
跳过去this
构造函数看看:
public PriorityQueue(int initialCapacity,
Comparator<super E> comparator) {
// Note: This restriction of at least one is not actually needed,
// but continues for 1.5 compatibility
if (initialCapacity < 1)
throw new IllegalArgumentException();
this.queue = new Object[initialCapacity];
this.comparator = comparator;
}
/**
* Priority queue represented as a balanced binary heap: the two
* children of queue[n] are queue[2*n+1] and queue[2*(n+1)]. The
* priority queue is ordered by comparator, or by the elements'
* natural ordering, if comparator is null: For each node n in the
* heap and each descendant d of n, n <= d. The element with the
* lowest value is in queue[0], assuming the queue is nonempty.
*/
transient Object[] queue; // non-private to simplify nested class access
原来优先队列底层数据结构是个数组,而且这个queue
数组是一个平衡的二叉堆。
什么是平衡二叉堆?
- 每个节点,叶子数只能小于等于2
- 对于堆中的每个节点n和n的每个后代d, n <= d。
- 非空队列,最小值元素肯定在队列第0个位置,就是根节点。
- 队列(就是我们这里的queue数组)中某个位置n,它的的两个叶子肯定在队列2n+1和2(n+1)。
最重点是第四点,对于任意位置,是可以通过线性公式快速算出叶子的位置的!那么,对于数组来说,这样的查找性能就是最高的!
这一堆概念初学者看到肯定是一脸懵逼的了。别方,我们来打个比方。
来看看古代打仗的矛兵阵。
- 要求第一个是最矮的矛兵。
- 之后每人身后要站有2名矛兵,而且都要比前面的矛兵高。
- 形成从低到高的三角形梯队。
当将军喊列队的时候,前面的矛兵喊自己的位置报数n。那么,后面矛兵就跟根据公式计算左2n+1和右2(n+1)快速找到自己的位置并进行报数。
例如,某个矛兵喊5。那么,他身后的2名矛兵就马上喊出自己位置,左边那位排队列11,右边那位矛兵排12。
这样,军队就能快速从列队和兵阵快速变换。
平衡二叉堆是怎么排序和维护的呢?不着急,我们后面会慢慢讲到。先看回构造函数最后保存的一个参数comparator
。
queue
数组注释里面还提到一句:“如果comparator为null,则优先级队列会按照comparator或元素的自然顺序排序。”我们来看看comparator
。
private final Comparator<super E> comparator;
而这个comparator是一个Comparator接口的实例,默认是空。
Comparator接口可以实现自定义排序,实现Comparator接口时,要重写compare方法:
int compare(Object o1, Object o2) 返回一个基本类型的整型
- o1 > o2,升序
- o1 < o2,降序
例如如下代码:
static Comparator<Integer> cmp = new Comparator<Integer>() {
public int compare(Integer o1, Integer o2) {
// 升序排列
return o1 > o2;
}
};
...
// 把比较器cmp传给PriorityQueue,实现升序排列
Queue priorityQueue = new PriorityQueue(cmp);
比较器也先到这里,后面我们继续详细说。
到现在,我们已经知道了:
PriorityQueue底层是个平衡二叉堆,用数组方式来储存,可以自定义比较器来实现想要的优先级排序。
PriorityDeque用的是小顶堆