从源码角度看PriorityQueue优先队列(二叉堆)

PriorityQueue优先队列

1.堆ADT：

堆是一颗被完全填满的二叉树（完全二叉树），一棵高度为h的完全二叉树有2^h到2(h+1)-1个节点，意味着完全二叉树的高度为O(log n)。

堆中每个节点X,X的父节点均小于（等于）X，这意味着根节点为队中最小的节点。

因为二叉堆的规律，可以使用数组表示二叉堆。

1）若根节点存储在数组的位置为1：

image.png

若节点的位置为i，则其两个儿子节点的位置为2i和2i+1.父亲节点位置为i/2向下取整。

2）若根节点存储在数组的位置为0：

若节点的位置为i，儿子节点位置为2i+1,2i+2,其父节点的位置为(i-1)>>>1。Priority使用的是这种存储方式。

2.PriorityQueue(jdk8)

1）基本属性：继承AbstractQueue，实现Serializable接口

2）成员变量：

Private static final DEFAULT_INITIAL_CAPACITY=11;

transient Object[] queue

Private int size

private final Comparator comparator

transient int modCount;

3)主要方法：

扩容机制：

和array List一样是1.5倍扩容：

当数组容量小于64时，每次扩容容量增加2.当容量大于64时1.5倍扩容。

    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);
    }

优先队列的核心为上滤和下滤函数，
上滤：新增时，元素会添加在完全二叉树的下一个位置，并上滤。

    siftUpUsingComparable(int k,E x){
        while(k>0){
            int parent=(k-1)>>>1;
            Object o=queue[parent];
            if(comparator.compare(x , E(o))>0){
                break;
            }
            //从添加元素的节点的父亲开始比较，不断向上比较父亲节点与新增节点x的大小，直至某个节点小于等于x.
            Queue[k]=o;
            K=parent;
        }
        Queue[k]=x;
    }

下滤：出队时，会删除最小元素(根节点)，此时会产生空穴，下滤，并将最后一个节点x填入合适的空穴之中。此时，从被删除的元素开始向下比较，比较被删除元素左右儿子，选取较小的那个元素t，若t

PriorityQueue下滤分为两种，若comparator对象为空则使用siftDownComparable

否则使用siftDownUsingComparator.

    siftDownUsingComparator(int k,E x){
        int half=size>>>1;
        while(k0)
                break;
            k=child;
            Queue[k]=c;
        }
    }

poll和offer时会调用上滤和下滤函数

    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;
    }

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;
    }