深入理解 Java PriorityQueue（从零开始掌握优先队列的使用方法）

什么是 PriorityQueue？

PriorityQueue 是 Java 集合框架中的一个无界队列，它按照元素的自然顺序（natural ordering）或者通过构造时提供的 Comparator 进行排序。需要注意的是：PriorityQueue 不保证线程安全，且不允许插入 null 元素。

简单来说，每次从队列中取出的元素都是当前“最小”或“最大”的（取决于排序方式），这使得它非常适合用于实现任务调度、Dijkstra 最短路径算法、Huffman 编码等场景。

基本用法示例

下面是一个简单的例子，展示如何创建并使用 PriorityQueue：

import java.util.PriorityQueue;public class PriorityQueueExample {    public static void main(String[] args) {        // 创建一个默认的 PriorityQueue（自然升序）        PriorityQueue<Integer> pq = new PriorityQueue<>();        // 添加元素        pq.offer(10);        pq.offer(5);        pq.offer(20);        pq.offer(1);        // 依次取出最小元素        while (!pq.isEmpty()) {            System.out.println(pq.poll()); // 输出：1, 5, 10, 20        }    }}

在这个例子中，我们创建了一个存储整数的 PriorityQueue。调用 poll() 方法会移除并返回队列中最小的元素，因此输出结果是按升序排列的。

自定义排序：使用 Comparator

如果你希望按降序排列，或者对自定义对象进行排序，可以传入一个 Comparator：

import java.util.PriorityQueue;import java.util.Comparator;public class CustomPriorityQueue {    public static void main(String[] args) {        // 创建一个降序的 PriorityQueue        PriorityQueue<Integer> pq = new PriorityQueue<>(Comparator.reverseOrder());        pq.offer(10);        pq.offer(5);        pq.offer(20);        while (!pq.isEmpty()) {            System.out.println(pq.poll()); // 输出：20, 10, 5        }    }}

常见方法总结

• offer(E e)：插入元素，成功返回 true。
• poll()：移除并返回队首元素（最小/最高优先级），若为空则返回 null。
• peek()：查看但不移除队首元素。
• size()：返回队列中元素个数。
• isEmpty()：判断队列是否为空。

注意事项

• 不允许 null 元素：尝试插入 null 会抛出 NullPointerException。
• 非线程安全：多线程环境下需使用 Collections.synchronizedCollection() 包装。
• 迭代器不保证顺序：遍历 PriorityQueue 时元素顺序可能不是排序后的顺序。

结语

通过本教程，你应该已经掌握了 Java PriorityQueue 的基本概念、常用方法以及如何自定义排序规则。无论是处理简单的数字排序，还是构建复杂的算法逻辑，优先队列教程中的这些知识都能为你打下坚实基础。

记住，PriorityQueue 使用方法的核心在于理解其底层的Java 堆数据结构——它确保了每次操作都能高效地维护元素的优先级顺序。

继续练习，尝试用 PriorityQueue 解决实际问题，你会越来越熟练！