剖析Java并发的PriorityBlockingQueue，揭秘优先队列运作原理

PriorityBlockingQueue 概述

PriorityBlockingQueue是一个基于优先级来对元素进行排序的阻塞队列。它继承自AbstractQueue类并实现了BlockingQueue接口，因此它具有BlockingQueue的所有特性，包括线程安全性、阻塞操作以及FIFO（先进先出）的处理顺序。

PriorityBlockingQueue中的元素是按照其优先级进行排序的，优先级高的元素将排在队列的前面。当从队列中获取元素时，总是会获取优先级最高的元素。如果队列中没有元素，则获取操作将被阻塞，直到有元素被添加到队列中。

实现原理

PriorityBlockingQueue的底层实现是一个基于数组的二叉堆。二叉堆是一种完全二叉树，其中每个节点的值都大于或等于其子节点的值。这种结构保证了PriorityBlockingQueue中的元素始终按照优先级进行排序。

当向PriorityBlockingQueue中添加一个元素时，该元素将被添加到堆的末尾。然后，该元素与其父节点进行比较，如果其优先级高于父节点，则该元素与其父节点交换位置。这种比较和交换的过程一直持续到该元素找到其正确的位置，即其优先级不高于其父节点的第一个位置。

当从PriorityBlockingQueue中获取一个元素时，该元素将从堆的根部移除。然后，堆中的最后一个元素被移动到根部，并与它的子节点进行比较，如果其优先级低于子节点，则该元素与其优先级较高的子节点交换位置。这种比较和交换的过程一直持续到该元素找到其正确的位置，即其优先级不低于其子节点的第一个位置。

操作方法

PriorityBlockingQueue提供了以下主要方法：

• add(E e)：向队列中添加一个元素。
• offer(E e)：尝试向队列中添加一个元素，如果队列已满，则返回false。
• peek()：返回队列中优先级最高的元素，但不将其从队列中移除。
• poll()：返回并移除队列中优先级最高的元素。
• remove(Object o)：移除队列中指定元素。
• size()：返回队列中元素的数量。
• isEmpty()：判断队列是否为空。

应用场景

PriorityBlockingQueue通常用于以下场景：

• 处理具有不同优先级的任务。
• 实现生产者-消费者模式。
• 构建缓冲区。
• 实现优先级队列。

总结

PriorityBlockingQueue是一个非常有用的并发工具，它可以帮助开发者轻松处理具有不同优先级的任务。它具有线程安全性、阻塞操作以及FIFO处理顺序等特性，使其非常适合用于构建各种并发应用程序。

在实际开发中，PriorityBlockingQueue通常与其他并发工具一起使用，例如线程池、信号量和锁，以构建高性能、可扩展的并发系统。