Java集合框架之PriorityQueue優先級隊列實例分析

Java集合框架之PriorityQueue優先級隊列實例分析

概述

在Java集合框架中，PriorityQueue是一個基于優先級堆的無界優先級隊列。優先級隊列的元素按照其自然順序進行排序，或者根據構造隊列時提供的Comparator進行排序。優先級隊列不允許插入null元素，也不允許插入不可比較的對象。

基本特性

• 無界隊列：PriorityQueue是一個無界隊列，意味著它可以動態增長以容納更多的元素。
• 優先級排序：隊列中的元素按照優先級排序，默認情況下是自然順序（從小到大），也可以通過自定義Comparator來實現自定義排序。
• 非線程安全：PriorityQueue不是線程安全的，如果需要在多線程環境中使用，可以考慮使用java.util.concurrent.PriorityBlockingQueue。

常用方法

• add(E e) / offer(E e)：將指定的元素插入此優先級隊列。
• poll()：獲取并移除此隊列的頭，如果隊列為空，則返回null。
• peek()：獲取但不移除此隊列的頭，如果隊列為空，則返回null。
• remove(Object o)：從隊列中移除指定的元素。
• size()：返回隊列中的元素數量。
• clear()：移除隊列中的所有元素。

實例分析

示例1：使用自然順序的優先級隊列

import java.util.PriorityQueue;

public class PriorityQueueExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 創建一個自然順序的優先級隊列
        PriorityQueue<Integer> priorityQueue = new PriorityQueue<>();

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

        // 輸出隊列中的元素
        while (!priorityQueue.isEmpty()) {
            System.out.println(priorityQueue.poll());
        }
    }
}

輸出結果：

10
20
30

在這個例子中，PriorityQueue默認按照自然順序（從小到大）對元素進行排序，因此輸出的順序是10, 20, 30。

示例2：使用自定義Comparator的優先級隊列

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

public class CustomPriorityQueueExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 創建一個自定義Comparator的優先級隊列
        PriorityQueue<Integer> priorityQueue = new PriorityQueue<>(Comparator.reverseOrder());

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

        // 輸出隊列中的元素
        while (!priorityQueue.isEmpty()) {
            System.out.println(priorityQueue.poll());
        }
    }
}

輸出結果：

30
20
10

在這個例子中，我們使用了Comparator.reverseOrder()來創建一個從大到小排序的優先級隊列，因此輸出的順序是30, 20, 10。

示例3：優先級隊列中的自定義對象

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) {
        // 創建一個優先級隊列
        PriorityQueue<Task> priorityQueue = new PriorityQueue<>();

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

        // 輸出隊列中的任務
        while (!priorityQueue.isEmpty()) {
            System.out.println(priorityQueue.poll());
        }
    }
}

輸出結果：

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

在這個例子中，我們定義了一個Task類，并實現了Comparable接口，使得任務可以根據優先級進行排序。優先級隊列按照任務的優先級從低到高進行排序，因此輸出的順序是Task 2, Task 3, Task 1。

總結

PriorityQueue是Java集合框架中一個非常有用的數據結構，特別適用于需要按照優先級處理元素的場景。通過自然順序或自定義Comparator，我們可以靈活地控制隊列中元素的排序方式。在實際開發中，PriorityQueue常用于任務調度、事件處理等場景。