PriorityQueue源码分析
顶部注释告诉我们的信息
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一个无界的队列
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基于优先级堆（Java中的PQ相当于最小堆）
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priority queue中的元素的顺序基于Comparable原始的顺序或者由构造时提供的Comparator提供
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priority queue中不能有null元素，有null元素还怎么比大小。当然也不允许插入一个不可比较(non-comparable)的对象(如果你插入一个non-comparable对象，则会抛出一个ClassCastException异常)
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priority queue是无界的，但是内部有capacity属性来管理用于存储数据的数组的大小（priority queue基于数组）
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iterator()不能保证按照指定顺序遍历pq中的元素，如果对遍历顺序有需求的话，使用Arrays.sort(pq.toArray())
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pq不是线程安全的，如果要使用线程安全的版本，使用java.util.concurrent.PriorityBlockingQueue
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出队入队的时间复杂度：O(log(n))（因为要做上移和下移来保证顺序）
源码部分
一、定义
public class PriorityQueue<E> extends AbstractQueue<E>
implements java.io.Serializable
二、属性
/**
* 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;
private int size = 0;
/**
* The comparator, or null if priority queue uses elements‘
* natural ordering.
*/
private final Comparator<? super E> comparator;
transient int modCount = 0;
优先级队列表现为一个平衡二项堆(即，平衡二叉树)：queue[n]的两个儿子分别是queue[2n+1]和queue[2(n+1)]。优先级队列通过比较器(comparator)来排序，或者如果比较器为空则通过元素的自然顺序来排序：堆中每个节点n和n的每个后裔节点d，n <= d。假设队列是非空的，那么具有最低值的元素在queue[0]。
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leftNo = parentNo*2+1
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rightNo = parentNo*2+2
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parentNo = (nodeNo-1)/2
通过上述三个公式，可以轻易计算出某个节点的父节点以及子节点的下标。这也就是为什么可以直接用数组来存储堆
三、方法
1.grow方法
Double size if small; else grow by 50%
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);
}
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}
2.offer(add方法是调用的offer方法）
public boolean offer(E e) {
if (e == null)
throw new NullPointerException();
modCount++;
int i = size;
if (i >= queue.length)
grow(i + 1);
size = i + 1;
if (i == 0)
queue[0] = e;
else
siftUp(i, e);
return true;
}
插入操作会通过siftUp调整堆结构的，时间复杂度：O(log(n))
3.siftUp
private void siftUp(int k, E x) {
if (comparator != null)
siftUpUsingComparator(k, x);
else
siftUpComparable(k, x);
}
@SuppressWarnings("unchecked")
private void siftUpComparable(int k, E x) {
Comparable<? super E> key = (Comparable<? super E>) x;
while (k > 0) {
int parent = (k - 1) >>> 1;
Object e = queue[parent];
if (key.compareTo((E) e) >= 0)
break;
queue[k] = e;
k = parent;
}
queue[k] = key;
}
@SuppressWarnings("unchecked")
private void siftUpUsingComparator(int k, E x) {
while (k > 0) {
int parent = (k - 1) >>> 1;
Object e = queue[parent];
if (comparator.compare(x, (E) e) >= 0)
break;
queue[k] = e;
k = parent;
}
queue[k] = x;
}
补充：
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“>>>”代表无符号右移，不管要右移的数是正还是负，左边都填0
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“>>”代表有符号右移，右移正数左边补0，右移负数左边补1
4.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。
public E peek() {
return (size == 0) ? null : (E) queue[0];
}
5.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。
public E poll() {
if (size == 0)
return null;
int s = --size;
modCount++;
E result = (E) queue[0];
E x = (E) queue[s];
queue[s] = null;
if (s != 0)
siftDown(0, x);
return result;
}
6.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;
}
7.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()即可。此处不再赘述。
//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;
}
参考链接
https://www.cnblogs.com/Elliott-Su-Faith-change-our-life/p/7472265.html