Queue与PriorityQueue
我们知道，Queue是一个先进先出（FIFO）的队列。
在银行柜台办业务时，我们假设只有一个柜台在办理业务，但是办理业务的人很多，怎么办？
可以每个人先取一个号，例如：A1、A2、A3……然后，按照号码顺序依次办理，实际上这就是一个Queue。
如果这时来了一个VIP客户，他的号码是V1，虽然当前排队的是A10、A11、A12……但是柜台下一个呼叫的客户号码却是V1。
这个时候，我们发现，要实现“VIP插队”的业务，用Queue就不行了，因为Queue会严格按FIFO的原则取出队首元素。我们需要的是优先队列：PriorityQueue。
PriorityQueue和Queue的区别在于，它的出队顺序与元素的优先级有关，对PriorityQueue调用remove()或poll()方法，返回的总是优先级最高的元素。
PriorityQueue实例
1、自定义Comparator
放入PriorityQueue的元素，必须实现Comparable接口，PriorityQueue会根据元素的排序顺序决定出队的优先级。
如果我们要放入的元素并没有实现Comparable接口怎么办？
PriorityQueue允许我们提供一个Comparator对象来判断两个元素的顺序。我们以银行排队业务为例，实现一个PriorityQueue：
import java.util.Comparator;
import java.util.PriorityQueue;
import java.util.Queue;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Queue<User> q = new PriorityQueue<>(new UserComparator());
// 添加3个元素到队列:
q.offer(new User("Bob", "A1"));
q.offer(new User("Alice", "A2"));
q.offer(new User("Boss", "V1"));
System.out.println(q.poll()); // Boss/V1
System.out.println(q.poll()); // Bob/A1
System.out.println(q.poll()); // Alice/A2
System.out.println(q.poll()); // null,因为队列为空
}
}
class UserComparator implements Comparator<User> {
public int compare(User u1, User u2) {
if (u1.number.charAt(0) == u2.number.charAt(0)) {
// 如果两人的号都是A开头或者都是V开头,比较号的大小:
return u1.number.compareTo(u2.number);
}
if (u1.number.charAt(0) == 'V') {
// u1的号码是V开头,优先级高:
return -1;
} else {
return 1;
}
}
}
class User {
public final String name;
public final String number;
public User(String name, String number) {
this.name = name;
this.number = number;
}
public String toString() {
return name + "/" + number;
}
}
实现PriorityQueue的关键在于提供的UserComparator对象，它负责比较两个元素的大小（较小的在前）。UserComparator总是把V开头的号码优先返回，只有在开头相同的时候，才比较号码大小。
上面的UserComparator的比较逻辑其实还是有问题的，它会把A10排在A2的前面，请尝试修复该错误。
2、使用PriorityQueue实现大顶堆
PriorityQueue默认是一个小顶堆，然而可以通过传入自定义的Comparator函数来实现大顶堆。如下代码实现了一个初始大小为11的大顶堆。这里只是简单的传入一个自定义的Comparator函数，就可以实现大顶堆了。
private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 11;
PriorityQueue<Integer> maxHeap=new PriorityQueue<Integer>(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, new Comparator<Integer>() {
@Override
public int compare(Integer o1, Integer o2) {
return o2-o1;
}
});
PriorityQueue原理
Java中PriorityQueue通过二叉小顶堆实现。
PriorityQueue实现了Queue接口，不允许放入null元素；
注意不能放入null元素！注意不能放入null元素！注意不能放入null元素！
其通过堆实现，具体说是通过完全二叉树（complete binary tree）实现的小顶堆（任意一个非叶子节点的权值，都不大于其左右子节点的权值），也就意味着可以通过数组来作为PriorityQueue的底层实现。
常用方法剖析
PriorityQueue的peek()和element操作是常数时间，add(), offer(), 无参数的remove()以及poll()方法的时间复杂度都是log(N)。
1、add和offer
add(E e)和offer(E e)语义相同，都是向优先队列中插入元素，只是Queue接口规定二者对插入失败时的处理不同，前者在插入失败时抛出异常，后则则会返回false。对于PriorityQueue这两个方法其实没什么差别。
新加入的元素可能会破坏小顶堆的性质，因此需要进行必要的调整。
2、element和peek
element()和peek()的语义完全相同，都是获取但不删除队首元素，也就是队列中权值最小的那个元素，二者唯一的区别是当方法失败时前者抛出异常，后者返回null。
根据小顶堆的性质，堆顶那个元素就是全局最小的那个；由于堆用数组表示，根据下标关系，0下标处的那个元素既是堆顶元素。所以直接返回数组0下标处的那个元素即可。
3、remove和poll
remove()和poll()方法的语义也完全相同，都是获取并删除队首元素，区别是当方法失败时前者抛出异常，后者返回null。
由于删除操作会改变队列的结构，为维护小顶堆的性质，需要进行必要的调整。
4、remove(Object o)
remove(Object o)方法用于删除队列中跟o相等的某一个元素（如果有多个相等，只删除一个），该方法不是Queue接口内的方法，而是Collection接口的方法。
由于删除操作会改变队列结构，所以要进行调整；又由于删除元素的位置可能是任意的，所以调整过程比其它函数稍加繁琐。
具体来说，remove(Object o)可以分为2种情况：1. 删除的是最后一个元素。直接删除即可，不需要调整。2. 删除的不是最后一个元素，从删除点开始以最后一个元素为参照调用一次siftDown()即可。此处不再赘述。
小结
PriorityQueue实现了一个优先队列：从队首获取元素时，总是获取优先级最高的元素。
PriorityQueue默认按元素比较的顺序排序（必须实现Comparable接口），也可以通过Comparator自定义排序算法（元素就不必实现Comparable接口）。
参考：
