Java集合框架源码研读-PriorityQueue

Posted by AlstonWilliams on February 17, 2019

前面我们已经介绍了好几个Map了,今天我们来介绍一个更加简单的数据结构,PriorityQueue.

从其名字中,我们就能看出,PriorityQueue首先是一个Queue,其中它的元素都是按照priority进行排序的.

那么如何实现一个PriorityQueue呢?

实际上有很多方法,数组,链表,堆都可以实现.因为实际上我们可以看到,它不过就是一个按照priority进行排序的一个数据结构.

我们先来分析一下PriorityQueue需要具有的基本操作.

首先,由于它是一个Queue,就必然要求Queue的一些特性:

  • 不限容量
  • 先进先出
  • 只能从队首读取数据,从队尾插入数据

除此之外,由于其又增加了Priority的特性,这就要求其能够对其中的数据进行排序,按照优先级进行服务.

这种优先级队列的应用场景很多,比如我们熟知的进程调度算法.

我们来分析一下使用数组,链表以及堆实现它的优缺点.

几种实现PriorityQueue的数据结构

数组实现

数组的优缺点都很明显,优点是能够根据索引从任意位置访问,进行数据存取,缺点是容量有限,再就是插入或者删除数据时,如果给定位置有数据,那么需要进行数据的移动,代价很大.

实际上,从根本上来说的话,PriorityQueue的实现,还就是一个数组,只不过是一种特殊形式的数组.

链表实现

链表的优点是,存取数据,删除数据等很方便,以及容量无限,缺点是,遍历起来很麻烦,时间复杂度为O(n).而链表中基本所有操作的前提都是先通过遍历找到对应的元素.

所以,其所有操作的时间复杂度,如果算上定位对应元素的时间复杂度,实际上都是O(n)的.

堆实现

堆又分为最大堆和最小堆.

实际上,堆的内部数据结构还是一个数组,只不过是一个特殊的数组,其逻辑结构为一棵树,一棵完全二叉树.上面我们所说的数组就是这棵完全二叉树的层序遍历的结果.

堆跟完全二叉树的区别在于其性质,其性质表明,在最大堆中,父节点是其子树的最大节点,在最小堆中,父节点是其子树的最小节点.

堆的这些性质,保证了插入和删除操作的时间复杂度为O(logn),查找操作的时间复杂度为O(1).

## PriorityQueue的实现

具体的实现方式,上面我们也已经说过了,实际上就是一个堆,一个二叉堆.

那么为什么采用二叉堆的这种结构呢?因为上面我们已经说了,二叉堆的性能比较好.

PriorityQueue中的具体的各种方法,我们这里就不介绍了,就是跟Queue相关的那些操作.其各种操作,无非就是对这个堆的进行的各种操作.

需要注意的地方

  • PriorityQueue不允许NULL
  • PriorityQueue不是线程安全的,它是Fail-Fast的.