PriorityQueue

      PriorityQueue通过二叉小顶堆实现，可以用一棵完全二叉树表示。

      优先队列：优先队列的作用是能保证每次取出的元素都是队列中权值最小的（Java的优先队列每次取最小元素，C++的优先队列每次取最大元素）。元素大小的评判可以通过元素本身的自然顺序（natural ordering），也可以通过构造时传入的比较器（Comparator，类似于C++的仿函数）。

      Java中PriorityQueue实现了Queue接口，不允许放入null元素；其通过堆实现，具体说是通过完全二叉树（complete binary tree）实现的小顶堆（任意一个非叶子节点的权值，都不大于其左右子节点的权值），也意味着可以通过数组来作为PriorityQueue的底层实现。

    

     确切的说父子节点的编号之间有如下关系：

  leftNo = parentNo*2+1

  rightNo = parentNo*2+2

  parentNo = (nodeNo-1)/2

     PriorityQueue的peek()和element操作是常数时间，add(), offer(), 无参数的remove()以及poll()方法的时间复杂度都是log(N)。

add()和offer()

 　 add(E e)和offer(E e)的语义相同，都是向优先队列中插入元素，只是Queue接口规定二者对插入失败时的处理不同，前者在插入失败时抛出异常，后则则会返回false。对于PriorityQueue这两个方法其实没什么差别。

　　新添加的元素破坏小根堆结构，需要进行调整

 /**
     * Inserts the specified element into this priority queue.
     *
     * @return {@code true} (as specified by {@link Queue#offer})
     * @throws ClassCastException if the specified element cannot be
     *         compared with elements currently in this priority queue
     *         according to the priority queue's ordering
     * @throws NullPointerException if the specified element is null
     */
    public boolean offer(E e) {
        if (e == null)
            throw new NullPointerException();
        modCount++;
        int i = size;          //在数组的末尾添加元素e
        if (i >= queue.length)
            grow(i + 1);       //进行扩容
        size = i + 1;
        if (i == 0)
            queue[0] = e;
        else
            siftUp(i, e);
        return true;
    }

　　需要注意的是siftUp(int k, E x)方法，该方法用于插入元素x并维持堆的特性。

/**
     * Inserts item x at position k, maintaining heap invariant by
     * promoting x up the tree until it is greater than or equal to
     * its parent, or is the root.
     *
     * To simplify and speed up coercions and comparisons. the
     * Comparable and Comparator versions are separated into different
     * methods that are otherwise identical. (Similarly for siftDown.)
     *
     * @param k the position to fill
     * @param x the item to insert
     */
    private void siftUp(int k, E x) {
        if (comparator != null)
            siftUpUsingComparator(k, x);
        else
            siftUpComparable(k, x);
    }

 @SuppressWarnings("unchecked")
    private void siftUpComparable(int k, E x) {
        Comparable<? super E> key = (Comparable<? super E>) x;
        while (k > 0) {
            int parent = (k - 1) >>> 1;
            Object e = queue[parent];
            if (key.compareTo((E) e) >= 0)
                break;
            queue[k] = e;
            k = parent;
        }
        queue[k] = key;
    }

    @SuppressWarnings("unchecked")
    private void siftUpUsingComparator(int k, E x) {
        while (k > 0) {
            int parent = (k - 1) >>> 1;
            Object e = queue[parent];
            if (comparator.compare(x, (E) e) >= 0)
                break;
            queue[k] = e;
            k = parent;
        }
        queue[k] = x;
    }

　　新加入的元素x可能会破坏小顶堆的性质，因此需要进行调整。调整的过程为：从k指定的位置开始，将x逐层与当前点的parent进行比较并交换，直到满足x >= queue[parent]为止。注意这里的比较可以是元素的自然顺序，也可以是依靠比较器的顺序。

element()和peek()

　　element()和peek()的语义完全相同，都是获取但不删除队首元素，也就是队列中权值最小的那个元素，二者唯一的区别是当方法失败时前者抛出异常，后者返回null。

　　根据小顶堆的性质，堆顶那个元素就是全局最小的那个；由于堆用数组表示，根据下标关系，0下标处的那个元素既是堆顶元素。所以直接返回数组0下标处的那个元素即可。

    @SuppressWarnings("unchecked")
    public E peek() {
        return (size == 0) ? null : (E) queue[0];
    }

remove()和poll()

　　remove()和poll()方法语义完全相同，是获取并删除队首元素，区别是当方法失败时前者抛出异常，后者返回null。由于删除操作会改变队列的结构，为维护小顶堆的性质，需要进行必要的调整。

 @SuppressWarnings("unchecked")
    public E poll() {
        if (size == 0)
            return null;
        int s = --size;
        modCount++;
        E result = (E) queue[0];    //返回头节点
        E x = (E) queue[s];         //最后一个节点替换
        queue[s] = null;
        if (s != 0)
            siftDown(0, x);
        return result;
    }

/**
     * Inserts item x at position k, maintaining heap invariant by
     * demoting x down the tree repeatedly until it is less than or
     * equal to its children or is a leaf.
     *
     * @param k the position to fill
     * @param x the item to insert
     */
    private void siftDown(int k, E x) {
        if (comparator != null)
            siftDownUsingComparator(k, x);
        else
            siftDownComparable(k, x);
    }

    @SuppressWarnings("unchecked")
    private void siftDownComparable(int k, E x) {
        Comparable<? super E> key = (Comparable<? super E>)x;
        int half = size >>> 1;        // loop while a non-leaf
        while (k < half) {
            int child = (k << 1) + 1; // assume left child is least
            Object c = queue[child];
            int right = child + 1;
            if (right < size &&
                ((Comparable<? super E>) c).compareTo((E) queue[right]) > 0)
                c = queue[child = right];     //从左右孩子节点中选择较小的节点
            if (key.compareTo((E) c) <= 0)
                break;
            queue[k] = c;                     //最小的孩子节点上
            k = child;
        }
        queue[k] = key;
    }

    @SuppressWarnings("unchecked")
    private void siftDownUsingComparator(int k, E x) {
        int half = size >>> 1;
        while (k < half) {
            int child = (k << 1) + 1;
            Object c = queue[child];
            int right = child + 1;
            if (right < size &&
                comparator.compare((E) c, (E) queue[right]) > 0)
                c = queue[child = right];
            if (comparator.compare(x, (E) c) <= 0)
                break;
            queue[k] = c;
            k = child;
        }
        queue[k] = x;
    }

　　首先记录0下标处的元素，并用最后一个元素替换0下标位置的元素，之后调用siftDown()方法对堆进行调整，最后返回原来0下标处的那个元素（也就是最小的那个元素）。重点是siftDown(int k, E x)方法，该方法的作用是从k指定的位置开始，将x逐层向下与当前点的左右孩子中较小的那个交换，直到x小于或等于左右孩子中的任何一个为止。

remove(Object o)

　　remove(Object o)方法用于删除队列中跟o相等的某一个元素（如果有多个相等，只删除一个），该方法不是Queue接口内的方法，而是Collection接口的方法。由于删除操作会改变队列结构，所以要进行调整；又由于删除元素的位置可能是任意的，所以调整过程比其它函数稍加繁琐。具体来说，remove(Object o)可以分为2种情况：1. 删除的是最后一个元素。直接删除即可，不需要调整。2. 删除的不是最后一个元素，从删除点开始以最后一个元素为参照调用一次siftDown()即可。此处不再赘述。

代码

/**
     * Removes a single instance of the specified element from this queue,
     * if it is present.  More formally, removes an element {@code e} such
     * that {@code o.equals(e)}, if this queue contains one or more such
     * elements.  Returns {@code true} if and only if this queue contained
     * the specified element (or equivalently, if this queue changed as a
     * result of the call).
     *
     * @param o element to be removed from this queue, if present
     * @return {@code true} if this queue changed as a result of the call
     */
    public boolean remove(Object o) {
        int i = indexOf(o);
        if (i == -1)
            return false;
        else {
            removeAt(i);
            return true;
        }
    }

/**
     * Removes the ith element from queue.
     *
     * Normally this method leaves the elements at up to i-1,
     * inclusive, untouched.  Under these circumstances, it returns
     * null.  Occasionally, in order to maintain the heap invariant,
     * it must swap a later element of the list with one earlier than
     * i.  Under these circumstances, this method returns the element
     * that was previously at the end of the list and is now at some
     * position before i. This fact is used by iterator.remove so as to
     * avoid missing traversing elements.
     */
    @SuppressWarnings("unchecked")
    private E removeAt(int i) {
        // assert i >= 0 && i < size;
        modCount++;
        int s = --size;
        if (s == i) // removed last element
            queue[i] = null;
        else {
            E moved = (E) queue[s];
            queue[s] = null;
            siftDown(i, moved);     
            if (queue[i] == moved) {   //例如删除节点15
                siftUp(i, moved);
                if (queue[i] != moved)
                    return moved;
            }
        }
        return null;
    }

 

 

 

参考：

http://www.cnblogs.com/CarpenterLee/p/5488070.html