Java数据结构之优先级队列(PriorityQueue)用法详解

什么是优先级队列？

优先级队列（Priority Queue）是一种特殊的队列，它能够保证每次取出的元素都是优先级最高（或者最低）的元素。在实际应用中，优先级队列经常用来实现任务调度，负载均衡等。

Java中的优先级队列

在Java中，优先级队列实现了Queue接口，所以它也具有队列的基本特性——FIFO（先进先出）。

基本上，PriorityQueue是一个无边界的队列，元素按照优先级进行排序。当你插入一个元素时，它会在队列中找到一个合适的位置，以保持队列的顺序。

优先级队列API

构造函数

如下是构造函数：

PriorityQueue()

PriorityQueue(int initialCapacity)

PriorityQueue(Comparator<? super E> comparator)

PriorityQueue(int initialCapacity, Comparator<? super E> comparator)

添加元素

public boolean add(E e)

public boolean offer(E e)

取出元素

public E remove()

public E poll()

查看元素

public E element()

public E peek()

优先级队列示例

下面是几个示例，介绍PriorityQueue的使用方法。

示例1：元素为基本类型

    int[] nums = {2,7,4,1,5,3};
    PriorityQueue<Integer> pq = new PriorityQueue<>();
    for(int num : nums) {
        pq.offer(num);
    }
    while(!pq.isEmpty()) {
        System.out.println(pq.poll());
    }

在这个例子中，我们首先创建一个整型数组，它包含了6个无序元素。然后我们创建了一个用于存储整型数值的优先级队列。在循环中，我们将每一个元素添加到优先级队列中，这样就可以使得队列按照顺序排列。最后我们使用poll函数取出元素，并进行输出。

示例2：元素自定义排序规则

class Student {
    String name;
    int score;
    public Student(String name, int score) {
        this.name = name;
        this.score = score;
    }
}

class StudentComparator implements Comparator<Student> {
    @Override
    public int compare(Student s1, Student s2) {
        return s2.score - s1.score;
    }
}

    PriorityQueue<Student> pq = new PriorityQueue<>(new StudentComparator());
    pq.offer(new Student("Alice", 90));
    pq.offer(new Student("Bob", 80));
    pq.offer(new Student("Charlie", 95));
    while(!pq.isEmpty()) {
        Student s = pq.poll();
        System.out.println(s.name + " " + s.score);
    }

在这个例子中，我们定义了一个学生类，学生类中包含学生的名字和分数。然后我们自定义了一个比较器，它会根据学生的分数进行排序。最后我们创建一个存储学生对象的优先级队列，并使用自定义的比较器。程序将会输出按照分数从高到低排列的学生信息。

总结

优先级队列是一种特殊的队列，能够保证每次取出的元素都是优先级最高的元素。Java中的优先级队列实现了Queue接口。优先级队列中的元素没有被任何顺序限制，但是它们按照优先级被检索。您可以使用添加和删除方法来访问队列。存储在优先级队列中的元素必须实现Comparable接口或者在构造函数中提供一个自定义的比较器。通过使用优先级队列，您可以很容易地维护队列中的元素并进行排序。