Java优先队列（PriorityQueue）示例

我们知道队列是遵循先进先出（First-In-First-Out）模式的，但有些时候需要在队列中基于优先级处理对象。举个例子，比方说我们有一个每日交易时段生成股票报告的应用程序，需要处理大量数据并且花费很多处理时间。客户向这个应用程序发送请求时，实际上就进入了队列。我们需要首先处理优先客户再处理普通用户。在这种情况下，Java的PriorityQueue(优先队列)会很有帮助。
PriorityQueue类在Java1.5中引入并作为 Java Collections Framework 的一部分。PriorityQueue是基于优先堆的一个无界队列，这个优先队列中的元素可以默认自然排序或者通过提供的Comparator（比较器）在队列实例化的时排序。
优先队列不允许空值，而且不支持non-comparable（不可比较）的对象，比如用户自定义的类。优先队列要求使用Java Comparable和Comparator接口给对象排序，并且在排序时会按照优先级处理其中的元素。
优先队列的头是基于自然排序或者Comparator排序的最小元素。如果有多个对象拥有同样的排序，那么就可能随机地取其中任意一个。当我们获取队列时，返回队列的头对象。
优先队列的大小是不受限制的，但在创建时可以指定初始大小。当我们向优先队列增加元素的时候，队列大小会自动增加。
PriorityQueue是非线程安全的，所以Java提供了PriorityBlockingQueue（实现BlockingQueue接口）用于Java多线程环境。
我们有一个用户类Customer，它没有提供任何类型的排序。当我们用它建立优先队列时，应该为其提供一个比较器对象。

Customer.java
package com.journaldev.collections;

public class Customer {

private int id;
private String name;

public Customer(int i, String n){
this.id=i;
this.name=n;
}

public int getId() {
return id;
}

public String getName() {
return name;
}

}我们使用Java随机数生成随机用户对象。对于自然排序，我们使用Integer对象，这也是一个封装过的Java对象。
下面是最终的测试代码，展示如何使用PriorityQueue：

PriorityQueueExample.java

package com.journaldev.collections;

import java.util.Comparator;
import java.util.PriorityQueue;
import java.util.Queue;
import java.util.Random;

public class PriorityQueueExample {

public static void main(String[] args) {

//优先队列自然排序示例
Queue integerPriorityQueue = new PriorityQueue<>(7);
Random rand = new Random();
for(int i=0;i<7;i++){
integerPriorityQueue.add(new Integer(rand.nextInt(100)));
}
for(int i=0;i<7;i++){
Integer in = integerPriorityQueue.poll();
System.out.println("Processing Integer:"+in);
}

//优先队列使用示例
Queue customerPriorityQueue = new PriorityQueue<>(7, idComparator);
addDataToQueue(customerPriorityQueue);

pollDataFromQueue(customerPriorityQueue);

}

//匿名Comparator实现
public static Comparator idComparator = new Comparator(){

@Override
public int compare(Customer c1, Customer c2) {
return (int) (c1.getId() - c2.getId());
}
};

//用于往队列增加数据的通用方法
private static void addDataToQueue(Queue customerPriorityQueue) {
Random rand = new Random();
for(int i=0; i<7; i++){
int id = rand.nextInt(100);
customerPriorityQueue.add(new Customer(id, "Pankaj "+id));
}
}

//用于从队列取数据的通用方法
private static void pollDataFromQueue(Queue customerPriorityQueue) {
while(true){
Customer cust = customerPriorityQueue.poll();
if(cust == null) break;
System.out.println("Processing Customer with ID="+cust.getId());
}
}

}注意我用实现了Comparator接口的Java匿名类，并且实现了基于id的比较器。
当我运行以上测试程序时，我得到以下输出：

Processing Integer:9
Processing Integer:16
Processing Integer:18
Processing Integer:25
Processing Integer:33
Processing Integer:75
Processing Integer:77
Processing Customer with ID=6
Processing Customer with ID=20
Processing Customer with ID=24
Processing Customer with ID=28
Processing Customer with ID=29
Processing Customer with ID=82
Processing Customer with ID=96从输出结果可以清楚的看到，最小的元素在队列的头部因而最先被取出。如果不实现Comparator，在建立customerPriorityQueue时会抛出ClassCastException。
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: com.journaldev.collections.Customer cannot be cast to java.lang.Comparable
at java.util.PriorityQueue.siftUpComparable(PriorityQueue.java:633)
at java.util.PriorityQueue.siftUp(PriorityQueue.java:629)
at java.util.PriorityQueue.offer(PriorityQueue.java:329)
at java.util.PriorityQueue.add(PriorityQueue.java:306)
at com.journaldev.collections.PriorityQueueExample.addDataToQueue(PriorityQueueExample.java:45)
at com.journaldev.collections.PriorityQueueExample.main(PriorityQueueExample.java:25)

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