介绍

优先级队列的作用是能保证每次取出的元素都是队列中权值最小(或最大)的。这里元素大小的评判可以通过元素本身的自然顺序(natural ordering)，也可以通过构造时传入的比较器(Comparator)。

Java中PriorityQueue实现了Queue接口，不允许放入null元素；其通过堆实现，具体说是通过完全二叉树(complete binary tree)实现的小顶堆(任意一个非叶子节点的权值，都不大于其左右子节点的权值)，也就意味着可以通过数组来作为PriorityQueue的底层实现。

方法剖析

add()和offer()

add(E e)和offer(E e)的语义相同，都是向优先队列中插入元素，只是Queue接口规定二者对插入失败时的处理不同，前者在插入失败时抛出异常，后则则会返回false。对于PriorityQueue这两个方法其实没什么差别。

新加入的元素可能会破坏小顶堆的性质，因此需要进行必要的调整。

<code>//offer(E e)

public boolean offer(E e) {

if (e == null)//不允许放入null元素

throw new NullPointerException();

modCount++;

int i = size;

if (i >= queue.length)

grow(i + 1);//自动扩容

size = i + 1;

if (i == 0)//队列原来为空，这是插入的第一个元素

queue[0] = e;

else

siftUp(i, e);//调整

return true;

}

这里扩容函数 grow() 类似于 ArrayList 里的 grow() 函数，就是再申请一个更大的数组，并将原数组的元素复制过去。需要注意的是siftUp(int k, E x)方法，该方法用于插入元素x并维持堆的特性。

//siftUp()

private void siftUp(int k, E x) {

while (k > 0) {

int parent = (k - 1) >>> 1;//parentNo = (nodeNo-1)/2

Object e = queue[parent];

if (comparator.compare(x, (E) e) >= 0)//调用比较器的比较方法

break;

queue[k] = e;

k = parent;

}

queue[k] = x;

}

新加入的元素x可能会破坏小顶堆的性质，因此需要进行调整。调整的过程为:

从k指定的位置开始，将x逐层与当前点的parent进行比较并交换，直到满足x >= queue[parent]为止。注意这里的比较可以是元素的自然顺序，也可以是依靠比较器的顺序。

element()和peek()

element()和peek()的语义完全相同，都是获取但不删除队首元素，也就是队列中权值最小的那个元素，二者唯一的区别是当方法失败时前者抛出异常，后者返回null。根据小顶堆的性质，堆顶那个元素就是全局最小的那个；由于堆用数组表示，根据下标关系，0下标处的那个元素既是堆顶元素。所以直接返回数组0下标处的那个元素即可。

<code>//peek()

public E peek() {

if (size == 0)

return null;

return (E) queue[0];//0下标处的那个元素就是最小的那个

}

remove()和poll()

remove()和poll()方法的语义也完全相同，都是获取并删除队首元素，区别是当方法失败时前者抛出异常，后者返回null。由于删除操作会改变队列的结构，为维护小顶堆的性质，需要进行必要的调整。

<code>public E poll() {

if (size == 0)

return null;

int s = --size;

modCount++;

E result = (E) queue[0];//0下标处的那个元素就是最小的那个

E x = (E) queue[s];

queue[s] = null;

if (s != 0)

siftDown(0, x);//调整

return result;

}

上述代码首先记录0下标处的元素，并用最后一个元素替换0下标位置的元素，之后调用siftDown()方法对堆进行调整，最后返回原来0下标处的那个元素(也就是最小的那个元素)。重点是siftDown(int k, E x)方法，该方法的作用是从k指定的位置开始，将x逐层向下与当前点的左右孩子中较小的那个交换，直到x小于或等于左右孩子中的任何一个为止。

//siftDown()

private void siftDown(int k, E x) {

int half = size >>> 1;

while (k < half) {

//首先找到左右孩子中较小的那个，记录到c里，并用child记录其下标

int child = (k << 1) + 1;//leftNo = parentNo*2+1

Object c = queue[child];

int right = child + 1;

if (right < size &&

comparator.compare((E) c, (E) queue[right]) > 0)

c = queue[child = right];

if (comparator.compare(x, (E) c) <= 0)

break;

queue[k] = c;//然后用c取代原来的值

k = child;

}

queue[k] = x;

}

remove(Object o)

remove(Object o)方法用于删除队列中跟o相等的某一个元素(如果有多个相等，只删除一个)，该方法不是Queue接口内的方法，而是Collection接口的方法。由于删除操作会改变队列结构，所以要进行调整；又由于删除元素的位置可能是任意的，所以调整过程比其它函数稍加繁琐。

具体来说，remove(Object o)可以分为2种情况:

1. 删除的是最后一个元素。直接删除即可，不需要调整。
2. 删除的不是最后一个元素，从删除点开始以最后一个元素为参照调用一次siftDown()即

<code>//remove(Object o)

public boolean remove(Object o) {

//通过遍历数组的方式找到第一个满足o.equals(queue[i])元素的下标

int i = indexOf(o);

if (i == -1)

return false;

int s = --size;

if (s == i) //情况1

queue[i] = null;

else {

E moved = (E) queue[s];

queue[s] = null;

siftDown(i, moved);//情况2

......

}

return true;

}

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