目錄
- 一、PriorityBlockingQueue概述
- 二、PriorityBlockingQueue源碼解析
- 1.容器
- 2.比較器
- 3.構(gòu)造函數(shù)
- 4.添加元素
- 5.獲取元素
- 6.維護(hù)堆性質(zhì)
- 總結(jié)
PriorityBlockingQueue是Java中實(shí)現(xiàn)了堆數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的線程安全的有界阻塞隊(duì)列。它可以在多線程場(chǎng)景下安全地進(jìn)行元素添加、刪除和獲取操作，而且可以根據(jù)元素的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行排序。本篇博客將會(huì)深入解讀PriorityBlockingQueue的源碼實(shí)現(xiàn)。
一、PriorityBlockingQueue概述
PriorityBlockingQueue類實(shí)現(xiàn)了BlockingQueue接口，它是一個(gè)線程安全的隊(duì)列，繼承自AbstractQueue類，而AbstractQueue類又實(shí)現(xiàn)了Queue接口。PriorityBlockingQueue是一個(gè)有界的隊(duì)列，其容量可以在構(gòu)造函數(shù)中進(jìn)行指定，若不指定則默認(rèn)大小為Integer.MAX_VALUE。同時(shí)，PriorityBlockingQueue也支持根據(jù)元素的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行排序，這是由于PriorityBlockingQueue內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了一個(gè)堆數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
二、PriorityBlockingQueue源碼解析
1.容器
PriorityBlockingQueue內(nèi)部使用了一個(gè)Object類型的數(shù)組queue來(lái)存儲(chǔ)元素，同時(shí)使用了一個(gè)int類型的變量size來(lái)記錄元素的數(shù)量。下面是PriorityBlockingQueue類中的定義：
private transient Object[] queue; private transient int size;
2.比較器
PriorityBlockingQueue可以根據(jù)元素的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行排序，這是由于PriorityBlockingQueue內(nèi)部維護(hù)了一個(gè)小根堆或大根堆。在構(gòu)造函數(shù)中，我們可以選擇使用元素自身的比較方式或是自定義比較器來(lái)進(jìn)行元素的排序。若未指定比較器，則PriorityBlockingQueue將使用元素自身的比較方式進(jìn)行排序。
private final Comparator<? super E> comparator;
3.構(gòu)造函數(shù)
PriorityBlockingQueue提供了多個(gè)構(gòu)造函數(shù)，我們可以選擇使用無(wú)參構(gòu)造函數(shù)來(lái)創(chuàng)建一個(gè)默認(rèn)容量為Integer.MAX_VALUE的PriorityBlockingQueue，或是使用帶有初始容量或自定義比較器的構(gòu)造函數(shù)。下面是PriorityBlockingQueue類的兩個(gè)構(gòu)造函數(shù)：
public PriorityBlockingQueue() {
this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, null);
}
public PriorityBlockingQueue(int initialCapacity, Comparator<? super E> comparator) {
if (initialCapacity < 1)
throw new IllegalArgumentException();
this.queue = new Object[initialCapacity];
this.comparator = comparator;
}
4.添加元素
PriorityBlockingQueue中添加元素的方法為offer()方法，它會(huì)首先檢查容量是否足夠，如果容量不足則會(huì)進(jìn)行擴(kuò)容操作，擴(kuò)容的方式是將原數(shù)組長(zhǎng)度增加一半。接著，它會(huì)將新元素添加到隊(duì)列的末尾，并通過(guò)siftUp()方法將元素上濾到合適的位置，以維護(hù)堆的性質(zhì)。
public boolean offer(E e) {
if (e == null)
throw new NullPointerException();
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lock();
int n, cap;
Object[] array;
while ((n = size) >= (cap = (array = queue).length))
tryGrow(array, cap);
try {
Comparator<? super E> cmp = comparator;
if (n == 0) { array[0] = e; }
else { siftUp(n, e, array, cmp); }
size = n + 1; notEmpty.signal();
} finally {
lock.unlock();
}
return true;
}
5.獲取元素
PriorityBlockingQueue中獲取元素的方法為take()方法，它會(huì)首先檢查隊(duì)列是否為空，如果隊(duì)列為空則會(huì)將當(dāng)前線程阻塞，直到有元素被添加到隊(duì)列中。接著，它會(huì)獲取隊(duì)列的頭部元素，并通過(guò)siftDown()方法將隊(duì)列的末尾元素移動(dòng)到頭部，以維護(hù)堆的性質(zhì)。
public E take() throws InterruptedException {
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly();
E result;
try {
while (size == 0) notEmpty.await();
result = extract();
} finally {
lock.unlock();
}
return result;
}
private E extract() {
final Object[] array = queue;
final E result = (E) array[0];
final int n = --size;
final E x = (E) array[n];
array[n] = null;
if (n != 0)
siftDown(0, x, array, comparator);
return result;
}
6.維護(hù)堆性質(zhì)
PriorityBlockingQueue使用小根堆或大根堆來(lái)維護(hù)元素的優(yōu)先級(jí)，這里我們以小根堆為例。小根堆的特點(diǎn)是父節(jié)點(diǎn)的值小于等于左右子節(jié)點(diǎn)的值，PriorityBlockingQueue中的堆是通過(guò)數(shù)組來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)添加元素時(shí)，會(huì)將新元素添加到隊(duì)列的末尾，并通過(guò)siftUp()方法將元素上濾到合適的位置，以維護(hù)堆的性質(zhì)。當(dāng)獲取元素時(shí)，會(huì)獲取隊(duì)列的頭部元素，并通過(guò)siftDown()方法將隊(duì)列的末尾元素移動(dòng)到頭部，以維護(hù)堆的性質(zhì)。下面是siftUp()和siftDown()方法的代碼實(shí)現(xiàn)：
private static <T>
void siftUp(int k, T x, Object[] array, Comparator<? super T> cmp) {
if (cmp != null)
siftUpUsingComparator(k, x, array, cmp);
else siftUpComparable(k, x, array);
}
@SuppressWarnings("unchecked")
private static <T>
void siftUpUsingComparator(int k, T x, Object[] array, Comparator<? super T> cmp) {
while (k > 0) {
int parent = (k - 1) >>> 1;
Object e = array[parent];
if (cmp.compare(x, (T) e) >= 0)
break;
array[k] = e;
k = parent;
}
array[k] = x;
}
@SuppressWarnings("unchecked")
private static <T>
void siftUpComparable(int k, T x, Object[] array) {
Comparable<? super T> key = (Comparable<? super T>) x;
while (k > 0) {
int parent = (k - 1) >>> 1;
Object e = array[parent];
if (key.compareTo((T) e) >= 0)
break;
array[k] = e;
k = parent;
}
array[k] = key;
}
private static <T>
void siftDown(int k, T x, Object[] array, Comparator<? super T> cmp) {
if (cmp != null)
siftDownUsingComparator(k, x, array, cmp);
else siftDownComparable(k, x, array);
}
@SuppressWarnings("unchecked")
private static <T>
void siftDownUsingComparator(int k, T x, Object[] array, Comparator<? super T> cmp) {
int half = size >>> 1;
while (k < half) {
int child = (k << 1) + 1;
Object c = array[child];
int right = child + 1;
if (right < size && cmp.compare((T) c, (T) array[right]) > 0)
c = array[child = right];
if (cmp.compare(x, (T) c) <= 0)
break;
array[k] = c;
k = child;
}
array[k] = x;
}
@SuppressWarnings("unchecked")
private static <T>
void siftDownComparable(int k, T x, Object[] array) {
Comparable<? super T> key = (Comparable<? super T>) x;
int half = size >>> 1;
while (k < half) {
int child = (k << 1) + 1;
Object c = array[child];
int right = child + 1;
if (right < size && ((Comparable<? super T>) c).compareTo((T) array[right]) > 0)
c = array[child = right];
if (key.compareTo((T) c) <= 0)
break;
array[k] = c;
k = child;
}
array[k] = key;
}
siftUp()方法和siftDown()方法都使用了siftUpUsingComparator()方法和siftDownUsingComparator()方法，它們是使用Comparator來(lái)實(shí)現(xiàn)堆的上濾和下濾的。當(dāng)PriorityBlockingQueue沒(méi)有指定Comparator時(shí)，會(huì)使用元素自身的Comparable來(lái)實(shí)現(xiàn)堆的上濾和下濾。
總結(jié)
PriorityBlockingQueue是Java并發(fā)包中的一個(gè)線程安全的、支持優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的類，它使用小根堆或大根堆來(lái)維護(hù)元素的優(yōu)先級(jí)。PriorityBlockingQueue的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)使用了ReentrantLock和Condition來(lái)實(shí)現(xiàn)線程安全的操作，同時(shí)使用了數(shù)組來(lái)實(shí)現(xiàn)堆。PriorityBlockingQueue的核心方法包括添加元素的offer()方法，獲取元素的take()方法，以及維護(hù)堆性質(zhì)的siftUp()方法和siftDown()方法。PriorityBlockingQueue的使用方式與普通隊(duì)列類似，但可以根據(jù)元素的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行排序和處理。
以上就是詳解Java并發(fā)編程中的優(yōu)先級(jí)隊(duì)列PriorityBlockingQueue的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Java PriorityBlockingQueue的資料請(qǐng)關(guān)注其它相關(guān)文章！
原文地址：https://juejin.cn/post/7229492628873674807
