java 优先队列源码阅读

Java PriorityQueue阅读

优先队列使用最大或者最小堆来实现，使用数组来储存元素，将数组当做完全二叉树来处理，节点node的左右孩子节点为（2node+1和2node+2）
数组扩容：newCapacity =
oldCapacity+((oldCapacity<64) ？(oldCapacity+2) : (oldCapacity>>1));当newCapacity>Integer.MAX_VALUE - 8时，由private static int hugeCapacity(int minCapacity)处理
最后面的代码是我自己的仿写，有不确定的地方请参考源码

PriorityQueue参数介绍

参数名	作用
Object[] queue	保存输入的元素
size	已经存入的元素的数量
DEFAULT_INITIAL_CAPACITY	默认的队列初始化大小
Comparator comparator	比较存储的元素的顺序
int modCount	队列修改的次数

PriorityQueue的构造方法

构造方法分为两类：

1. 根据参数进行构造，如：public PriorityQueue(int initialCapacity, Comparator comparator)
2. 将Collection作为参数进行构造，如：public PriorityQueue(Collection c)；其中的Collection可以为SortedSet，PriorityQueue或者其他实现自Collection的类

PriorityQueue的public方法

方法名	作用和使用
public boolean add(E e)	向队列中添加元素，调用offer方法实现
public boolean offer(E e)	向队列中添加元素，e==null抛出异常，否则返回true
public E peek()	返回优先队列中的第一个元素，及queue[0]
public boolean remove(Object o)	从队列中删除o元素，成功返回true，否则返回false
public boolean contains(Object o)	队列中是否存在元素o
public Object[] toArray()	返回队列中的元素（数组queue）的拷贝
public T[] toArray(T[] a)	将queue数组中的元素转换为T类型并拷贝到T[] a中，返回a
public Iterator iterator()	返回一个队列的Iterator对象
public void clear()	清空数组queue
public E poll()	删除并返回优先队列中的第一个元素（queue[0]）

PriorityQueue的private方法

我在这里根据作用把他们分为三类：

1. 增加队列的容积：
   private void grow（int minCapacity）：在offer方法中使用，minCapactiy = queue.length+1；增加方法为：newCapacity =
   oldCapacity+((oldCapacity<64) ？(oldCapacity+2) : (oldCapacity>>1));

2. 平衡队列中的数据顺序
   private void siftUp（int k，E x）：k:当前元素的插入位置，x插入的元素，在增加元素和删除元素时被使用，但是这个方法不负责具体实现，只是用来判断队列中是否申明了Comparator,申明了调用私有方法siftUpUsingComparator方法去具体实现，否则调用siftUpComparable方法；下面会具体说明源代码的实现
   private void siftUpComparable（int k, E x）：k和x同上，负责向上平衡queue（平衡方法可参考最小堆的平衡方法）平衡时的比较使用E的CompareTo方法
   private void siftUpUsingComparator（int k, E x）：k和x同上，负责向上平衡queue（平衡方法可参考最小堆的平衡方法）平衡时的比较使用Comparator的规则
   还有向下平衡的三个私有方法：基本内容同上面三个方法
   private void siftDown(int k, E x):
   private void siftDownComparable(int k, E x):
   private void siftDownUsingComparator(int k,E x):

3. 查和删除的辅助方法
   private int indexOf(Object o): 查找对象o在队列中的位置，在public类remove中被调用；
   private E removeAt(int i): 删除队列queue中位于第i位置的元素并平衡queue，在public类remove和私有类Iterator中的remove中被调用，下面会详细讲解这个方法；

主要源码讲解

1. private void siftUpComparable（int k, E x）和private void siftUpUsingComparator（int k, E x）方法的实现：

/**
 * 在queue中的第k个位置（从位置0开始）放入x，并向上调整顺序
 *  与父节点比较，如果比父节点顺序靠前，与父节点位置交换 
 * @param k 开始时放入元素x的位置
 * @param x 放入的元素
 */private void siftUpComparable(int k, E x) {
    Comparable key=(Comparable)x;
    while (k>0){
        int parent=(k-1)>>>1;
        Object pNode=queue[parent];
        if(key.compareTo((E)pNode)>0)
            break;
        queue[k]=pNode;
        k=parent;
    }
    queue[k]=key;
}

2. private void siftDownComparable(int k, E x)和private void siftDownUsingComparator(int k,E x)方法的实现：

/**
 * 在queue中的第loca个位置（从位置0开始）放入x，并向下调整顺序
 * 先找出子节点中顺序靠前的节点，再与父节点的顺序进行比较，如果顺序靠前的子节点的顺序在父节点的前面，父节点与子节点交换位置
 * @param loca 开始时放入元素x的位置
 * @param x 放入的元素
 */
pri
private void siftDownComparable(int loca,E x){
    Comparable key=(Comparable)x;
    int half=size>>>1;
    // size为保存元素的数组的大小，第n位的左右子节点为（2*n+1）和（2*n+2），所以当loca小于size/2时，loca不存在子节点
    while (loca0
        if(right)childNode).compareTo((E)queue[right])>0){
            childNode=queue[right];
            child=right;
        }
        if(key.compareTo((E)childNode)<=0)
            break;
        queue[loca]=childNode;
        loca=child;
    }
    queue[loca]=x;
}

3. 内部类Iterator的实现

//这是一个很重要的函数，优先队列中的所有remove方法都掉用了这个方法来完成
/**
*作用删除在queue数组中位于第index的元素
*实现，使用数组末尾的元素来替换第index位的元素，替换后会先调用siftDown（向下平衡）方法，
*如果该元素没有向下移动（判断标准为位置是否变化），再使用siftUp方法向上平衡。
*该元素的最终位置小于index，返回该元素，否则返回null。返回值主要是在Iteretor的remove方法中用到，为了防止删除元素后，新填充的元素顺序比删除的元素顺序靠前而没有遍历。
*/
E removeAt(int index) {
    int s=--size;
    if(s==index){
        queue[index]=null;
    }else{
        E moved=(E)queue[s];
        siftDown(index,moved);
        //没有向下移动的时候，queue[index]与moved的引用相同
        if(queue[index]==moved){
            siftUp(index,moved);
            if (queue[index]!=moved)
                return moved;
        }
    }
    return null;
}
//这是迭代器的实现，这里面的next方法和remove方法是优先队列中最难理解的部分，
//remove使用前next方法必须被使用
private final class Itr implements Iterator{
    //当前遍历在queue中的位置
    private int cursor;
    //标记当前遍历的元素是在数组中还是在forgetMeNot，在forgetMeNot中lastRet=-1；
    private int lastRet=-1;
    //保存removeAt的返回值
    private ArrayDeque forgetMeNot;
    //当前遍历的元素
    private E lastRetElt;
    Itr(){}

    @Override
    public boolean hasNext() {
        return cursor();
                }
                forgetMeNot.add(moved);
            }
        }else if(lastRetElt!=null){
            PriorityQueueRewrite.this.removeEq(lastRetElt);
            lastRetElt=null;
        }else throw new IllegalStateException();
    }
}

4. queue的接口的实现:
   添加：在数组末尾添加，然后向上平衡
   poll：返回数组头部元素，将数组末尾的元素移到首部，然后向下平衡
   实现详情请参考最大堆的的实现