Java集合框架之PriorityQueue优先级队列实例分析

概述

在Java集合框架中，PriorityQueue是一个基于优先级堆的无界优先级队列。优先级队列的元素按照其自然顺序进行排序，或者根据构造队列时提供的Comparator进行排序。优先级队列不允许插入null元素，也不允许插入不可比较的对象。

基本特性

• 无界队列：PriorityQueue是一个无界队列，意味着它可以动态增长以容纳更多的元素。
• 优先级排序：队列中的元素按照优先级排序，默认情况下是自然顺序（从小到大），也可以通过自定义Comparator来实现自定义排序。
• 非线程安全：PriorityQueue不是线程安全的，如果需要在多线程环境中使用，可以考虑使用java.util.concurrent.PriorityBlockingQueue。

常用方法

• add(E e) / offer(E e)：将指定的元素插入此优先级队列。
• poll()：获取并移除此队列的头，如果队列为空，则返回null。
• peek()：获取但不移除此队列的头，如果队列为空，则返回null。
• remove(Object o)：从队列中移除指定的元素。
• size()：返回队列中的元素数量。
• clear()：移除队列中的所有元素。

实例分析

示例1：使用自然顺序的优先级队列

import java.util.PriorityQueue;

public class PriorityQueueExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个自然顺序的优先级队列
        PriorityQueue<Integer> priorityQueue = new PriorityQueue<>();

        // 添加元素
        priorityQueue.add(10);
        priorityQueue.add(30);
        priorityQueue.add(20);

        // 输出队列中的元素
        while (!priorityQueue.isEmpty()) {
            System.out.println(priorityQueue.poll());
        }
    }
}

输出结果：

10
20
30

在这个例子中，PriorityQueue默认按照自然顺序（从小到大）对元素进行排序，因此输出的顺序是10, 20, 30。

示例2：使用自定义Comparator的优先级队列

import java.util.Comparator;
import java.util.PriorityQueue;

public class CustomPriorityQueueExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个自定义Comparator的优先级队列
        PriorityQueue<Integer> priorityQueue = new PriorityQueue<>(Comparator.reverseOrder());

        // 添加元素
        priorityQueue.add(10);
        priorityQueue.add(30);
        priorityQueue.add(20);

        // 输出队列中的元素
        while (!priorityQueue.isEmpty()) {
            System.out.println(priorityQueue.poll());
        }
    }
}

输出结果：

30
20
10

在这个例子中，我们使用了Comparator.reverseOrder()来创建一个从大到小排序的优先级队列，因此输出的顺序是30, 20, 10。

示例3：优先级队列中的自定义对象

import java.util.PriorityQueue;

class Task implements Comparable<Task> {
    private String name;
    private int priority;

    public Task(String name, int priority) {
        this.name = name;
        this.priority = priority;
    }

    @Override
    public int compareTo(Task other) {
        return Integer.compare(this.priority, other.priority);
    }

    @Override
    public String toString() {
        return name + " (Priority: " + priority + ")";
    }
}

public class TaskPriorityQueueExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个优先级队列
        PriorityQueue<Task> priorityQueue = new PriorityQueue<>();

        // 添加任务
        priorityQueue.add(new Task("Task 1", 3));
        priorityQueue.add(new Task("Task 2", 1));
        priorityQueue.add(new Task("Task 3", 2));

        // 输出队列中的任务
        while (!priorityQueue.isEmpty()) {
            System.out.println(priorityQueue.poll());
        }
    }
}

输出结果：

Task 2 (Priority: 1)
Task 3 (Priority: 2)
Task 1 (Priority: 3)

在这个例子中，我们定义了一个Task类，并实现了Comparable接口，使得任务可以根据优先级进行排序。优先级队列按照任务的优先级从低到高进行排序，因此输出的顺序是Task 2, Task 3, Task 1。

总结

PriorityQueue是Java集合框架中一个非常有用的数据结构，特别适用于需要按照优先级处理元素的场景。通过自然顺序或自定义Comparator，我们可以灵活地控制队列中元素的排序方式。在实际开发中，PriorityQueue常用于任务调度、事件处理等场景。