优先队列PriorityQueue源码解析

基本信息

实现了队列接口：Queue --> AbstractQueue --> PriorityQueue

public class PriorityQueue extends AbstractQueue implements java.io.Serializable {

public abstract class AbstractQueue extends AbstractCollection
    implements Queue {

底层 逻辑 数据结构: 堆
底层 物理 数据结构：数组

    // 默认数组长度11
    private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 11;
    // transient: JVM在对象序列化时忽略指定变量，从而避免数据泄露的安全问题
    transient Object[] queue; 
    private int size = 0;
    // 定义的比较器，否则用元素的默认顺序
    private final Comparator comparator;

元素不能为null，看下面initElementsFromCollection函数、及offer函数

关键函数

添加元素

public boolean add(E e) {
       // 直接调用offer
        return offer(e);
    }

    public boolean offer(E e) {
        if (e == null)
            throw new NullPointerException();
        modCount++;
        // 长度不够扩充容量
        int i = size;
        if (i >= queue.length)
            grow(i + 1);
        size = i + 1;
        if (i == 0)
            queue[0] = e;
        else
           // 把e放在了末尾i位置，故要进行 上滤 操作
            siftUp(i, e);
        return true;
    }

弹出元素

public E poll() {
        if (size == 0)
            return null;
        int s = --size;
        modCount++;
        // 默认第0个元素就是要弹出的元素
        E result = (E) queue[0];
        E x = (E) queue[s];
        queue[s] = null;
        if (s != 0)
            siftDown(0, x);
        return result;
    }

peek函数

// 返回头部元素，并不会删除元素
public E peek() {
        return (size == 0) ? null : (E) queue[0];
    }

从集合初始化

public PriorityQueue(Collection c) {
        if (c instanceof SortedSet) {
            SortedSet ss = (SortedSet) c;
            this.comparator = (Comparator) ss.comparator();
            initElementsFromCollection(ss);
        }
        else if (c instanceof PriorityQueue) {
            PriorityQueue pq = (PriorityQueue) c;
            this.comparator = (Comparator) pq.comparator();
            initFromPriorityQueue(pq);
        }
        else {
        // 通常情况下，从集合初始化，则不能指定comparator
            this.comparator = null;
            initFromCollection(c);
        }
    }
    
private void initFromCollection(Collection c) {
        // 从集合初始化数组、size
        initElementsFromCollection(c);
        // 构建堆
        heapify();
    }
private void initElementsFromCollection(Collection c) {
        Object[] a = c.toArray();
       ......
        int len = a.length;
        // 元素不能为null
        if (len == 1 || this.comparator != null)
            for (int i = 0; i < len; i++)
                if (a[i] == null)
                    throw new NullPointerException();
        this.queue = a;
        this.size = a.length;
    }
    
private void heapify() {
       // 对数组 构建 堆
        for (int i = (size >>> 1) - 1; i >= 0; i--)
            siftDown(i, (E) queue[i]);
    }

上移、下降

下降

private void siftDown(int k, E x) {
        if (comparator != null)
            siftDownUsingComparator(k, x);
        else
            siftDownComparable(k, x);
    }

private void siftDownUsingComparator(int k, E x) {
        int half = size >>> 1;
        // half还是叶子结点，若k=half，则k为叶子结点，无法向下了
        while (k < half) {
           // 左子树
            int child = (k << 1) + 1;
            Object c = queue[child];
            int right = child + 1;
            // 取 左右子树 最小值（优先右子树）
            if (right < size &&
                comparator.compare((E) c, (E) queue[right]) > 0)
                c = queue[child = right];
            // x的值比左右子树 值 小，则当前位置就是目标位置
            if (comparator.compare(x, (E) c) <= 0)
                break;
            queue[k] = c;
            k = child;
        }
        // x从i位置下降到了k位置
        queue[k] = x;
    }

上移

private void siftUp(int k, E x) {
        if (comparator != null)
            siftUpUsingComparator(k, x);
        else
            siftUpComparable(k, x);
    }

private void siftUpUsingComparator(int k, E x) {
       // 0位置无法上升了
        while (k > 0) {
           // 父节点位置：(k-1)/2
            int parent = (k - 1) >>> 1;
            Object e = queue[parent];
            // x比父节点小，则上移，否则，找到目标位置
            if (comparator.compare(x, (E) e) >= 0)
                break;
            queue[k] = e;
            k = parent;
        }
        // 目标位置放置x
        queue[k] = x;
    }