Queue(队列)接口和其实现类PriorityQueue(优先级队列)源码解析

前面介绍的Stack是新进后出,而Queue是先进先出的

1、Queue结构

public interface Queue<E> extends Collection<E> {

    boolean add(E e);

    boolean offer(E e);

    E remove();

    E poll();

    E element();

    E peek();
}

  Queue是一个接口。

2、PriorityQueue源码分析

PriorityQueue是一个优先队列,和先进先出的队列的区别是: 优先队列每次出队的元素都是优先级最高的元素。 如何确定哪一个元素的优先级呢? jdk中使用堆这种数据结构,通过堆使得每次出队的元素总是队列里最小的,而元素大小的比较可以通过Compareator指定,相当于优先级。

3、什么是堆和二叉堆?

1) 堆中某个节点的值总是不大于或者不小于其父节点的值

2) 堆总是一颗完全树

场景的堆有二叉堆、斐波那契堆等。而PriorityQueue是二叉堆。

二叉堆是一种特殊的堆,二叉堆是完全二叉树或者近似完全二叉树。二叉堆有两种:最大堆和最小堆

最大堆: 父节点的键值总是大于或等于任何一个子节点的键值

最小堆:父节点的键值总是小于或者等于任何一个子节点的键值

二叉堆图例

上图是一颗完全二叉树(二叉堆),特点是: 在第n层深度被填满之前,不会开始填第n+1层深度,而且元素插入是从左往右填满。

基于这个特点,二叉堆又可以用数组来表示而不是用链表。我们看一下下图用数组表示二叉堆

基于数组实现的二叉堆,对于数组中任意元素的n上元素,其左孩子在2n+1位置上,右孩子在2n+2位置上,它的父节点在(n-1)/2上,而根节点是0的位置上。

4、PriorityQueue的数据结构,就是堆

public class PriorityQueue<E> extends AbstractQueue<E>
    implements java.io.Serializable {

    // 默认容量是11
    private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 11;

    //使用数组来存储元素
    transient Object[] queue; // non-private to simplify nested class access

    //队列元素大小
    private int size = 0;
    //通过这个比较器实现优先级队列
    private final Comparator<? super E> comparator;
}

  

5、构造函数

我们看主要的构造函数

public PriorityQueue(int initialCapacity, Comparator<? super E> comparator) {

	if (initialCapacity < 1)
	    throw new IllegalArgumentException();
	this.queue = new Object[initialCapacity];
    	this.comparator = comparator;

}

  

6、二叉堆的添加原理

二叉堆的特点:

1)父结点的键值总是小于或等于任何一个子节点的键值。

2)基于数组实现的二叉堆,对于数组中任意元素的n上元素,其左孩子在2n+1位置上,右孩子在2n+2位置上,它的父节点在(n-1)/2上,而根节点是0的位置上。

为了维护这个特点,二叉堆在添加元素的时候,需要一个“上移”的动作,如下图所示

7、添加元素源码解析

    //添加一个元素
    public boolean add(E e) {
        return offer(e);
    }

    public boolean offer(E e) {
        if (e == null)
            throw new NullPointerException();
	//修改版本+1
        modCount++;
	//记录当前队列元素的个数
        int i = size;
	//如果当前元素个数大于等于队列底层数组的长度,则进行扩容
        if (i >= queue.length)
            grow(i + 1);
	//元素个数+1
        size = i + 1;
	//如果队列中没有元素,则将元素e直接添加到根
        if (i == 0)
            queue[0] = e;
	//否则调用siftUp方法,将元素添加到尾部,进行上移判断
        else
            siftUp(i, e);
        return true;
    }

  

1) 扩容操作

    private void grow(int minCapacity) {
        int oldCapacity = queue.length;
        // 如果当前队列小于64,则扩容到2倍,否则扩容到1.5倍
        int newCapacity = oldCapacity + ((oldCapacity < 64) ?
                                         (oldCapacity + 2) :
                                         (oldCapacity >> 1));
        // 如果扩容后超出了int范围,则将newCapacity赋值为Integer.Max_VALUE
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
	//数组copy进行扩容
        queue = Arrays.copyOf(queue, newCapacity);
    }

  

2)上移操作

    //上移,x表示新插入元素,k表示新插入元素在数组中的位置
    private void siftUp(int k, E x) {
	//根据比较器是否为空,选择不同的上移操作方法
        if (comparator != null)
            siftUpUsingComparator(k, x);
        else
            siftUpComparable(k, x);
    }

    //比较器为空时,调用此方法进行上移操作
    private void siftUpComparable(int k, E x) {
        Comparable<? super E> key = (Comparable<? super E>) x;
	//k>0表示判断k不是根的情况下,也就是元素x有父节点。
        while (k > 0) {
	    //计算元素x的父节点位置(n-1)/2
            int parent = (k - 1) >>> 1;
	    //取出x的父元素e
            Object e = queue[parent];
	    //如果新增的元素k比其父元素e大,则不需要“上移”,跳出循环结束
            if (key.compareTo((E) e) >= 0)
                break;
	    //x比父元素小,则需要进行“上移”
	    //交换元素x和父节点e的位置
            queue[k] = e;
	    //将新插入元素位置k指向父节点位置,进行下一次循环
            k = parent;

        }
	//找到新增元素x的合适位置k之后进行赋值
        queue[k] = key;
    }

  总结: 二叉堆“上移”操作主要是不断的将新增的元素和父元素进行比较,比父节点小则上移。上移后再和父节点进行比较,直到根节点。

8、二叉堆删除原理

对应二叉堆出队操作,就是删除根元素,也就是最小的元素,找一个替代者移动到根位置,向对于被删除的元素来说就是“下移”

结合上面的图解,我们来说明一下二叉堆的出队过程:

1. 将找出队尾的元素8,并将它在队尾位置上删除(图2);

2. 此时队尾元素8比根元素1的最小孩子3要大,所以将元素1下移,交换1和3的位置(图3);

3. 然后此时队尾元素8比元素1的最小孩子4要大,继续将1下移,交换1和4的位置(图4);

4. 然后此时根元素8比元素1的最小孩子9要小,不需要下移,直接将根元素8赋值给此时元素1的位置,1被覆盖则相当于删除(图5),结束。

参考:https://www.cnblogs.com/linghu-java/p/9467805.html

原文地址:https://www.cnblogs.com/linlf03/p/12634297.html

时间: 2024-10-09 22:54:58

Queue(队列)接口和其实现类PriorityQueue(优先级队列)源码解析的相关文章

ThreadLocal类的用法与源码解析

首先,ThreadLocal 不是用来解决共享对象的多线程访问问题的,一般情况下,通过ThreadLocal.set() 到线程中的对象是该线程自己使用的对象,其他线程是不需要访问的,也访问不到的.各个线程中访问的是不同的对象. 另外,说ThreadLocal使得各线程能够保持各自独立的一个对象,并不是通过ThreadLocal.set()来实现的,而是通过每个线程中的new 对象 的操作来创建的对象,每个线程创建一个,不是什么对象的拷贝或副本.通过ThreadLocal.set()将这个新创建

给jdk写注释系列之jdk1.6容器(12)-PriorityQueue源码解析

PriorityQueue是一种什么样的容器呢?看过前面的几个jdk容器分析的话,看到Queue这个单词你一定会,哦~这是一种队列.是的,PriorityQueue是一种队列,但是它又是一种什么样的队列呢?它具有着什么样的特点呢?它的底层实现方式又是怎么样的呢?我们一起来看一下. PriorityQueue其实是一个优先队列,什么是优先队列呢?这和我们前面讲的先进先出(First In First Out )的队列的区别在于,优先队列每次出队的元素都是优先级最高的元素.那么怎么确定哪一个元素的优

Spring-cloud &amp; Netflix 源码解析:Eureka 服务注册发现接口 ****

http://www.idouba.net/spring-cloud-source-eureka-client-api/?utm_source=tuicool&utm_medium=referral *************************** 先关注下netflix eureka server 原生提供的接口.https://github.com/Netflix/eureka/wiki/Eureka-REST-operations 这是对非java的服务使用eureka时可以使用的r

java-AbstractCollection类-源码解析

转载:原文地址 http://www.cnblogs.com/android-blogs/p/5566212.html 一.Collection接口 从<Java集合:整体结构>一文中我们知道所有的List和Set都继承自Collection接口,该接口类提供了集合最基本的方法,虽然List接口和Set等都有一些自己独有的方法,但是基本的操作类似.我们先看下Collection接口提供的方法: 总体上可以将Collection的方法分为以下几大类: 1.增加(add/addAll) 2.删除(

Mybatis源码解析,一步一步从浅入深(六):映射代理类的获取

在文章:Mybatis源码解析,一步一步从浅入深(二):按步骤解析源码中我们提到了两个问题: 1,为什么在以前的代码流程中从来没有addMapper,而这里却有getMapper? 2,UserDao明明是我们定义的一个接口类,根本没有定义实现类,那这个userMapper是什么?是mybatis自动为我们生成的实现类吗? 为了更好的解释着两个问题,我们需要重新认识Configuration这个类. 但是在这之前,你需要了解一个概念(设计模式):JAVA设计模式-动态代理(Proxy)示例及说明

死磕 Java 系列(一)&mdash;&mdash; 常用类(1) String 源码解析

写在前面 这是博主新开的一个 java 学习系列,听名字就可以看出来,在这一些系列中,我们学习的知识点不再是蜻蜓点水,而是深入底层,深入源码.由此,学习过程中我们要带着一股钻劲儿,对我们不懂的知识充满质疑,力求把我们学过的知识点都搞清楚,想明白. 一.引言 在 java 的世界里,存在一种特殊的类,它们的创建方式极为特别,不需要用到 new XXX(当然也可以用这种方式创建), 但是却大量出现在我们的代码中,那就是 String 类.作为日常中使用频率最高的类,它是那么普通,普通到我们从来都不会

java.lang.Void类源码解析_java - JAVA

文章来源:嗨学网 敏而好学论坛www.piaodoo.com 欢迎大家相互学习 在一次源码查看ThreadGroup的时候,看到一段代码,为以下: /* * @throws NullPointerException if the parent argument is {@code null} * @throws SecurityException if the current thread cannot create a * thread in the specified thread grou

Dubbo源码解析之SPI(一):扩展类的加载过程

Dubbo是一款开源的.高性能且轻量级的Java RPC框架,它提供了三大核心能力:面向接口的远程方法调用.智能容错和负载均衡,以及服务自动注册和发现. Dubbo最早是阿里公司内部的RPC框架,于 2011 年开源,之后迅速成为国内该类开源项目的佼佼者,2018年2月,通过投票正式成为 Apache基金会孵化项目.目前宜信公司内部也有不少项目在使用Dubbo. 本系列文章通过拆解Dubbo源码,帮助大家了解Dubbo,做到知其然,并且知其所以然. 一.JDK SPI 1.1 什么是SPI? S

IdentityServer4源码解析_4_令牌发放接口

目录 identityserver4源码解析_1_项目结构 identityserver4源码解析_2_元数据接口 identityserver4源码解析_3_认证接口 identityserver4源码解析_4_令牌发放接口 identityserver4源码解析_5_查询用户信息接口 identityserver4源码解析_6_结束会话接口 identityserver4源码解析_7_查询令牌信息接口 identityserver4源码解析_8_撤销令牌接口 协议 Token接口 oidc服