Java集合Queue-PriorityQueue的方法

# Java集合Queue-PriorityQueue的方法

## 概述
`PriorityQueue`是Java集合框架中实现`Queue`接口的重要类，基于优先级堆（通常是最小堆）实现。与普通队列的FIFO原则不同，`PriorityQueue`会根据元素的自然顺序或自定义`Comparator`进行动态排序，保证每次出队操作总是返回当前队列中的最高优先级元素。

## 核心方法详解

### 1. 构造方法
```java
// 默认初始容量(11)和自然排序
PriorityQueue<Integer> pq1 = new PriorityQueue<>();

// 指定初始容量
PriorityQueue<Integer> pq2 = new PriorityQueue<>(20);

// 使用自定义Comparator
PriorityQueue<String> pq3 = new PriorityQueue<>(
    (a,b) -> b.length() - a.length()  // 按字符串长度降序
);

// 从其他集合创建
List<Integer> list = Arrays.asList(5,3,8);
PriorityQueue<Integer> pq4 = new PriorityQueue<>(list);

2. 元素操作

添加元素

boolean add(E e)  // 插入元素，失败时抛出异常
boolean offer(E e) // 推荐使用，插入失败返回false

// 示例：
PriorityQueue<Integer> pq = new PriorityQueue<>();
pq.offer(10);  // 返回true
pq.add(5);     // 队列变为[5,10]

获取元素

E peek()  // 获取但不移除队首元素（空队列返回null）
E element() // 功能同peek()，但空队列抛出NoSuchElementException

// 示例：
Integer val = pq.peek();  // 返回5

移除元素

E poll()  // 移除并返回队首元素（空队列返回null）
E remove() // 功能同poll()，但空队列抛出异常
boolean remove(Object o) // 删除指定元素

// 示例：
pq.poll();    // 移除并返回5
pq.remove(10); // 手动移除元素10

3. 辅助方法

int size()         // 返回元素数量
void clear()       // 清空队列
boolean contains(Object o) // 检查元素是否存在
Object[] toArray() // 转为对象数组

特性与注意事项

排序特性

• 默认最小堆结构，可通过Comparator反转：

// 创建最大堆
PriorityQueue<Integer> maxHeap = new PriorityQueue<>(
    Collections.reverseOrder()
);

时间复杂度

使用限制

1. 不允许null元素：添加null会抛出NullPointerException
2. 非线程安全：多线程环境需使用PriorityBlockingQueue
3. 迭代顺序不确定：迭代器不保证按优先级顺序遍历

典型应用场景

1. 任务调度系统

PriorityQueue<Task> taskQueue = new PriorityQueue<>(
    Comparator.comparing(Task::getPriority)
);
taskQueue.offer(new Task("紧急修复", 1));
taskQueue.offer(new Task("日常维护", 3));
Task nextTask = taskQueue.poll();  // 总是获取优先级最高的任务

2. Top K问题

// 找出最大的K个元素
PriorityQueue<Integer> minHeap = new PriorityQueue<>();
for (int num : nums) {
    minHeap.offer(num);
    if (minHeap.size() > k) {
        minHeap.poll();
    }
}

3. 合并有序链表

PriorityQueue<ListNode> pq = new PriorityQueue<>(
    Comparator.comparingInt(a -> a.val)
);
// 将各链表头节点入队
while (!pq.isEmpty()) {
    ListNode min = pq.poll();
    // 处理min节点...
}

与相关类的对比

总结

PriorityQueue是处理优先级任务的理想选择，其核心优势在于动态维护元素顺序。虽然相比普通队列有额外的性能开销，但在需要按优先级处理的场景下能显著简化代码逻辑。使用时需注意其非线程安全特性和特殊的排序机制。 “`