有界优先队列：巧用容量限制，优化队列效率

2024-01-17 00:41:07







**引言：优先队列的局限性** 

优先队列是一种流行的数据结构，用于在需要按优先级或紧急性排序的场景中管理数据。然而，传统优先队列的一个潜在局限性在于它们的无限容量。这意味着它们可以在理论上增长到任意大小，这可能会导致存储和管理问题，特别是当队列包含大量项时。

**有界优先队列的概念** 

有界优先队列克服了传统优先队列的容量问题，为队列的容量引入了一个固定的上限。它结合了优先队列的排序特性，确保按优先级访问项，但增加了容量限制，以避免队列的无限增长。

**工作原理：有界和弹出** 

与优先队列类似，有界优先队列按优先级值对项进行排序。然而，当队列达到其容量限制并且需要向队列中再添项时，就会从队列中弹出具有最低优先级的项。此弹出规则确保队列始终在容量限制内，并允许队列随着新项的加入而自动调整。

**用例场景** 

有界优先队列特别适用于优先级管理和资源受限的场景。以下是其几个用例：

* 任务调度：管理优先级作业并确保在给定的时间范围内仅运行最重要的作业。
* 网络数据包传输：按优先级排序数据包并限制队列中待传输的数据包数量，以优化带宽使用。
* 缓存管理：在给定容量内缓存频繁访问的项，并替换优先级较低的项以优化内存使用。

**实战：用 Java 实现有界优先队列** 

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

public class MyBoundedPriorityQueue<T> {
  private final int capacity;
  private final PriorityQueue<T> priorityQueue;

  public MyBoundedPriorityQueue(int capacity, Comparator<? super T> comparator) {
    this.capacity = capacity;
    this. priorityQueue = new PriorityQueue<>(capacity, comparator);
  }

  public boolean offer(T item) {
    if (size() == capacity) {
      T polledItem = priorityQueue. poll();
      if (polledItem == null || comparator. compare(polledItem, item) > 0) {
        return priorityQueue. offer(item);
      } else {
        return priorityQueue. offer(polledItem);
      }
    } else {
      return priorityQueue. offer(item);
    }
  }

  public int size() {
    return priorityQueue. size();
  }

  public T poll() {
    return priorityQueue. poll();
  }
}