PriorityQueue：Java 中的优先队列——先进先出，还是优先优先？

2023-10-28 10:52:24

在计算机科学中，队列是一种先进先出（FIFO）的数据结构，即先加入队列的元素将最先被取出。然而，在某些情况下，我们需要一种队列，其中元素的顺序不是由加入队列的先后顺序决定的，而是由元素的优先级决定的。这就是优先队列（PriorityQueue）的用武之地。

优先队列是一种特殊的队列，其中的元素按照一定的优先级进行排列。与普通队列不同，优先队列中的元素不是按照它加入队列的先后顺序被取出，而是按照它们的优先级被取出。优先级高的元素将最先被取出，而优先级低的元素将被留在队列中。

PriorityQueue 在 Java 中是一个内置的类，它实现了优先队列的数据结构。PriorityQueue 使用堆（Heap）数据结构来存储元素，堆是一种完全二叉树，其中每个节点的值都比其子节点的值大。这使得PriorityQueue 能够快速地找到和删除优先级最高的元素。

PriorityQueue 的基本操作包括：

添加元素：将一个元素添加到优先队列中。
删除元素：从优先队列中删除优先级最高的元素。
查找元素：在优先队列中查找一个元素。
获取优先级最高的元素：获取优先队列中优先级最高的元素，但不将其删除。

PriorityQueue 在 Java 中的语法如下：

import java.util.PriorityQueue;

public class PriorityQueueExample {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个优先队列
        PriorityQueue<Integer> priorityQueue = new PriorityQueue<>();

        // 向优先队列中添加元素
        priorityQueue.add(10);
        priorityQueue.add(5);
        priorityQueue.add(15);
        priorityQueue.add(2);
        priorityQueue.add(7);

        // 从优先队列中删除元素
        int removedElement = priorityQueue.remove();
        System.out.println("Removed element: " + removedElement);

        // 获取优先队列中优先级最高的元素
        int highestPriorityElement = priorityQueue.peek();
        System.out.println("Highest priority element: " + highestPriorityElement);

        // 检查优先队列是否为空
        boolean isEmpty = priorityQueue.isEmpty();
        System.out.println("Is priority queue empty: " + isEmpty);

        // 获取优先队列中的所有元素
        while (!priorityQueue.isEmpty()) {
            int element = priorityQueue.remove();
            System.out.println("Element: " + element);
        }
    }
}

输出结果：

Removed element: 2
Highest priority element: 5
Is priority queue empty: false
Element: 5
Element: 7
Element: 10
Element: 15

通过上面的例子，我们可以看到PriorityQueue的用法非常简单，只需要调用相应的方法即可。

优先队列与普通队列的区别

元素的顺序： 优先队列中的元素是按照优先级排序的，而普通队列中的元素是按照加入队列的先后顺序排列的。
取出元素： 优先队列中的元素是按照优先级被取出的，而普通队列中的元素是按照加入队列的先后顺序被取出的。
应用场景： 优先队列通常用于需要对元素进行优先级处理的情况，例如任务调度、事件处理等。普通队列通常用于需要对元素进行先进先出处理的情况，例如队列管理、消息传递等。