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在Java里PriorityQueue如何实现优先级排序_Java优先队列堆结构解析

P粉602998670

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发布时间:2025-12-12 11:22:02

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原创

PriorityQueue 默认基于小顶堆实现,不保证数组有序,仅维护堆性质;offer/poll 时间复杂度为 O(log n),peek 为 O(1);自定义排序需用 Comparator 或 Comparable;不支持元素修改后自动重排序。

在java里priorityqueue如何实现优先级排序_java优先队列堆结构解析

PriorityQueue 在 Java 中默认按自然顺序排序,底层用的是小顶堆(最小堆),不是直接排序,而是通过堆结构维护“每次 poll() 都能拿到当前优先级最高(即最小)的元素”这一特性。

底层是小顶堆,不是数组直接排序

PriorityQueue 内部使用动态扩容的 Object[] 数组存储元素,但不保证整个数组有序。它只维持堆性质:对任意索引 i,都有 queue[i] ≤ queue[2i+1]queue[i] ≤ queue[2i+2](左、右子节点都不小于父节点)。所以你遍历数组看到的顺序,不是逻辑上的优先级顺序。

  • 添加元素(offer):先加到末尾,再向上调整(siftUp),直到满足堆序
  • 取出头元素(poll):把堆顶和末尾交换,删掉末尾,再对新堆顶向下调整(siftDown)
  • 时间复杂度:offer 和 poll 都是 O(log n),peek 是 O(1)

如何自定义优先级?靠 Comparator 或 Comparable

默认情况下,元素必须实现 Comparable 接口(如 Integer、String),否则运行时报 ClassCastException。想按其他规则排,就传 Comparator:

  • 升序(默认):new PriorityQueue()new PriorityQueue(Comparator.naturalOrder())
  • 降序:new PriorityQueue(Comparator.reverseOrder())
  • 按字符串长度:new PriorityQueue((a, b) → a.length() - b.length())
  • 多条件:先比分数,分数相同再比姓名字典序 (a, b) → { int d = b.score - a.score; return d != 0 ? d : a.name.compareTo(b.name); }

注意:修改队列中已存在元素不会自动重排序

PriorityQueue 不监听元素内部状态变化。比如你往队里放了一个 Person 对象,之后改了它的 score 字段,队列不会重新调整位置

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  • 正确做法:先 remove() 再重新 offer()(remove 是 O(n),慎用)
  • 更优方案:避免中途修改;或用支持更新的结构(如 TreeSet + 自定义逻辑,或第三方库如 Apache Commons PriorityQueue)
  • 另外,contains() 和 remove(Object) 都要遍历查找,效率不高,不适合高频查找场景

常见误区与提醒

  • PriorityQueue 不是线程安全的,多线程要用 PriorityBlockingQueue
  • null 元素不允许(除非用 null-safe 的 Comparator,但也不推荐)
  • 不能用 for-each 遍历获取“已排序结果”,那只是数组物理顺序,不是逻辑顺序;真要全排序,得反复 poll() 或转成数组后 Arrays.sort()
  • 初始容量可指定,避免频繁扩容;但即使设了容量,也只影响底层数组大小,不影响堆逻辑

基本上就这些。理解它是“堆”而不是“排序列表”,就能避开大多数坑。

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