一、PriorityQueue的特性
Java集合框架中提供了PriorityQueue和PriorityBlockingQueue两种类型的优先级队列,PriorityQueue是线程不安全的,PriorityBlockingQueue是线程安全的。
关于PriorityQueue的使用要注意:
1. 使用时必须导入PriorityQueue所在的包,即:
import java.util.PriorityQueue;
2. PriorityQueue中放置的元素必须要能够比较大小,不能插入无法比较大小的对象,否则会抛出
ClassCastException异常
public static void main(String[] args) { PriorityQueue<Student> priorityQueue = new PriorityQueue<>(); priorityQueue.offer(new Student(10)); } //这个时候虽然是不能比较的,但是此时运行也没有报错,那是因为此时只有一个对象,是不需要进行比较的
public static void main(String[] args) { PriorityQueue<Student> priorityQueue = new PriorityQueue<>(); priorityQueue.offer(new Student(10)); priorityQueue.offer(new Student(5)); } //但是此时运行就会报错了,因为此时这两个对象是无法进行比较的
此时有两个解决办法,一个是给比较器,一个是实现Comparable接口并重写compareTo方法。
此时我们选择用实现Comparable接口并重写compareTo方法:
class Student implements Comparable<Student>{ public int age; public Student(int age){ this.age = age; } @Override public int compareTo(Student o) { return this.age - o.age; } }
3. 不能插入null对象,否则会抛出NullPointerException
4. 没有容量限制,可以插入任意多个元素,其内部可以自动扩容
5. 插入和删除元素的时间复杂度为O(log2N)(log以2为底的N)
6. PriorityQueue底层使用了堆数据结构
7. PriorityQueue默认情况下是小堆---即每次获取到的元素都是最小的元素
二、PriorityQueue常用接口介绍
1.优先级队列的构造
构造器 | 功能介绍 |
PriorityQueue() | 创建一个空的优先级队列,默认容量是11 |
PriorityQueue(int initialCapacity) |
创建一个初始容量为initialCapacity的优先级队列,注意: initialCapacity不能小于1,否则会抛IllegalArgumentException异 常 |
PriorityQueue(Collection<? extends E> c) |
用一个集合来创建优先级队列 |
2.插入/删除/获取优先级最高的元素
函数名 | 功能介绍 |
boolean offer(E e) |
插入元素e,插入成功返回true,如果e对象为空,抛出NullPointerException异常,时间复杂度O(log2N)(log以2为底的 N),注意:空间不够时候会进行扩容 |
E peek() | 获取优先级最高的元素,如果优先级队列为空,返回null |
E poll() | 移除优先级最高的元素并返回,如果优先级队列为空,返回null |
int size() | 获取有效元素的个数 |
void clear() |
清空 |
boolean isEmpty() |
检测优先级队列是否为空,空返回true |
三、PriorityQueue源码分析
1.针对一下三行做源码分析(小根堆):
PriorityQueue<Student> priorityQueue = new PriorityQueue<>(); priorityQueue.offer(new Student(10)); priorityQueue.offer(new Student(5));
PriorityQueue<Student> priorityQueue = new PriorityQueue<>();
这一行代码的源码分析如下:
priorityQueue.offer(new Student(10));
接下来我们看第一次offer 的源码:
priorityQueue.offer(new Student(5));
接下来我们看第二次offer的源码:
2. PriorityQueue默认是小根堆,如何变成大根堆呢?
可以通过修改比较规则,就可以变成大根堆。
有两种方式:
一是,通过上面我们的源码分析,可以修改比较规则,可以修改成为 < ;但是源码我们是修改不了的,那么我直接看第二中方式。
二是:在重写的comparaTo方法里面修改比较规则:
public int compareTo(Student o) { return this.age - o.age; }
3. Integer数据类型是如何变成大根堆的?(自实现比较器)
第一步,先自实现比较器:
class IntComparator implements Comparator<Integer>{ @Override public int compare(Integer o1, Integer o2) { //return o2 - o1; return o2.compareTo(o1); } }
第二步,传参的时候传入比较器:
PriorityQueue<Integer> priorityQueue = new PriorityQueue<>(new IntComparator());
此时我们再次运行程序,就已经是大根堆了。
下面我们进行源码分析:
4. PriorityQueue扩容的源码分析
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); }
如果容量小于64时,是按照oldCapacity的2倍方式扩容的
如果容量大于等于64,是按照oldCapacity的1.5倍方式扩容的
如果容量超过MAX_ARRAY_SIZE(2147483639),按照MAX_ARRAY_SIZE来进行扩容
四 、总结
1.当没有传入数组容量的时候,默认是11
2.当没有传入比较器的时候,传入的对象必须是可比较的,不然会报错
3.优先使用的是比较器来比较
五、集合框架中PriorityQueue的比较方式
集合框架中的 PriorityQueue 底层使用堆结构,因此其内部的元素必须要能够比大小, PriorityQueue 采用了: Comparble和 Comparator 两种方式。
1. Comparble 是默认的内部比较方式,如果用户插入自定义类型对象时,该类对象必须要实现 Comparble 接口,并覆写compareTo 方法
2. 用户也可以选择使用比较器对象,如果用户插入自定义类型对象时,必须要提供一个比较器类,让该类实现 Comparator接口并覆写 compare 方法。
以下有三种比较方式的对比:
重写的方法 | 说明解释 |
Object.equals |
因为所有类都是继承自Object 的,所以直接覆写即可,不过只能比较相等与 否 |
Comparable.compareTo |
需要手动实现接口,侵入性比较强,但一旦实现,每次用该类都有顺序,属于内部顺序 |
Comparator.compare |
需要实现一个比较器对象,对待比较类的侵入性弱,但对算法代码实现侵入性强 |