概述
PriorityQueue 意为优先队列，表示队列中的元素是有优先级的，也就是说元素之间是可比较的。因此，插入队列的元素要实现 Comparable 接口或者 Comparator 接口。
PriorityQueue 的继承结构如下：
通过上图可看出，PriorityQueue 没有实现 BlockingQueue 接口，并非阻塞队列。它在逻辑上使用「堆」（即完全二叉树）结构实现，物理上基于「动态数组」存储。
源码分析
构造器
1、简单构造器
// 构造器 1：无参构造器（默认初试容量为 11）
public PriorityQueue() {
this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, null);
}// 构造器 2：指定容量的构造器
public PriorityQueue(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, null);
}// 构造器 3：指定比较器的构造器
public PriorityQueue(Comparator<? super E> comparator) {
this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, comparator);
}// 构造器 4：指定初始容量和比较器的构造器
public PriorityQueue(int initialCapacity,Comparator<? super E> comparator) {
// Note: This restriction of at least one is not actually needed,// but continues for 1.5 compatibilityif (initialCapacity < 1)throw new IllegalArgumentException();// 初始化内部数组和比较器this.queue = new Object[initialCapacity];this.comparator = comparator;
}
这几个构造器的作用就是初始化内部数组和比较器。
2、复杂构造器
// 构造器 5：用给定集合初始化 PriorityQueue 对象
public PriorityQueue(Collection<? extends E> c) {
// 如果集合是 SortedSet 类型if (c instanceof SortedSet<?>) {
SortedSet<? extends E> ss = (SortedSet<? extends E>) c;this.comparator = (Comparator<? super E>) ss.comparator();initElementsFromCollection(ss);}// 如果集合是 PriorityQueue 类型else if (c instanceof PriorityQueue<?>) {
PriorityQueue<? extends E> pq = (PriorityQueue<? extends E>) c;this.comparator = (Comparator<? super E>) pq.comparator();initFromPriorityQueue(pq);}else {
this.comparator = null;initFromCollection(c);}
}
initElementsFromCollection:
// 使用给定集合的元素初始化 PriorityQueue
private void initElementsFromCollection(Collection<? extends E> c) {
// 把集合转为数组Object[] a = c.toArray();// If c.toArray incorrectly doesn't return Object[], copy it.if (a.getClass() != Object[].class)a = Arrays.copyOf(a, a.length, Object[].class);int len = a.length;// 确保集合中每个元素不能为空if (len == 1 || this.comparator != null)for (int i = 0; i < len; i++)if (a[i] == null)throw new NullPointerException();// 初始化 queue 数组和 sizethis.queue = a;this.size = a.length;
}
initFromPriorityQueue:
private void initFromPriorityQueue(PriorityQueue<? extends E> c) {
if (c.getClass() == PriorityQueue.class) {
// 若给定的是 PriorityQueue，则直接进行初始化this.queue = c.toArray();this.size = c.size();} else {
initFromCollection(c);}
}
initFromCollection:
private void initFromCollection(Collection<? extends E> c) {
// 将集合中的元素转为数组，并赋值给 queue（上面已分析）initElementsFromCollection(c);// 堆化heapify();
}
heapify: 堆化，即将数组元素转为堆的存储结构
private void heapify() {
// 从数组的中间位置开始遍历即可for (int i = (size >>> 1) - 1; i >= 0; i--)siftDown(i, (E) queue[i]);
}
siftDown: 向下筛选？暂未找到恰当的译法，但这不是重点，该方法的作用就是使数组满足堆结构（其思想与冒泡排序有些类似）。如下：
private void siftDown(int k, E x) {
// 根据 comparator 是否为空采用不同的方法if (comparator != null)siftDownUsingComparator(k, x);elsesiftDownComparable(k, x);
}
siftDownUsingComparator:
private void siftDownUsingComparator(int k, E x) {
// 数组的中间位置int half = size >>> 1;while (k < half) {
// 获取索引为 k 的节点的左子节点索引int child = (k << 1) + 1;// 获取 child 的值Object c = queue[child];// 获取索引为 k 的节点的右子节点索引int right = child + 1;// 左子节点的值大于右子节点，则二者换位置if (right < size &&comparator.compare((E) c, (E) queue[right]) > 0)// 取左右子节点中较小的一个c = queue[child = right];// 给定的元素 x 与较小的子节点的值比较if (comparator.compare(x, (E) c) <= 0)break;// 将该节点与子节点互换queue[k] = c;k = child;}queue[k] = x;
}
siftDownComparable 方法代码如下：
private void siftDownComparable(int k, E x) {
Comparable<? super E> key = (Comparable<? super E>)x;int half = size >>> 1; // loop while a non-leafwhile (k < half) {
int child = (k << 1) + 1; // assume left child is leastObject c = queue[child];int right = child + 1;if (right < size &&((Comparable<? super E>) c).compareTo((E) queue[right]) > 0)c = queue[child = right];if (key.compareTo((E) c) <= 0)break;queue[k] = c;k = child;}queue[k] = key;
}
此方法与 siftDownUsingComparator 方法实现逻辑完全一样，不同的的地方仅在于该方法是针对 Comparable 接口，而后者针对 Comparator 接口，不再赘述。
此外 PriorityQueue 还有两个构造器，但都是通过上面的方法实现的，如下：
// 构造器 6：用给定的 PriorityQueue 初始化一个 PriorityQueue
public PriorityQueue(PriorityQueue<? extends E> c) {
this.comparator = (Comparator<? super E>) c.comparator();initFromPriorityQueue(c);
}// 构造器 7：用给定的 SortedSet 初始化 PriorityQueue
public PriorityQueue(SortedSet<? extends E> c) {
this.comparator = (Comparator<? super E>) c.comparator();initElementsFromCollection(c);
}
成员变量
// 数组的默认初始容量
private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 11;// 内部数组，用于存储队列中的元素
transient Object[] queue; // non-private to simplify nested class access// 队列中元素的个数
private int size = 0;// 队列中元素的比较器
private final Comparator<? super E> comparator;// 结构性修改次数
transient int modCount = 0; // non-private to simplify nested class access
常用方法
add(E), offer(E) 两个入队操作方法如下：
// 实际是调用 offer 方法实现的
public boolean add(E e) {
return offer(e);
}public boolean offer(E e) {
if (e == null)throw new NullPointerException();modCount++;int i = size;// 扩容if (i >= queue.length)grow(i + 1);// 元素个数加一size = i + 1;// 原数组为空，即添加第一个元素，直接放到数组首位即可if (i == 0)queue[0] = e;else// 向上筛选？siftUp(i, e);return true;
}
扩容操作：
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;private void grow(int minCapacity) {
// 原先容量int oldCapacity = queue.length;// Double size if small; else grow by 50%// 原容量较小时，扩大为原先的两倍；否则扩大为原先的 1.5 倍int newCapacity = oldCapacity + ((oldCapacity < 64) ?(oldCapacity + 2) :(oldCapacity >> 1));// overflow-conscious codeif (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);// 创建一个新的数组queue = Arrays.copyOf(queue, newCapacity);
}private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity < 0) // overflowthrow new OutOfMemoryError();return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?Integer.MAX_VALUE :MAX_ARRAY_SIZE;
}
出队操作：
public E poll() {
// 队列为空时，返回 nullif (size == 0)return null;int s = --size;modCount++;// 队列第一个元素E result = (E) queue[0];// 队列最后一个元素E x = (E) queue[s];// 把最后一个元素置空queue[s] = null;if (s != 0)// 下沉siftDown(0, x);return result;
}
总结
（1）PriorityQueue是一个小顶堆；
（2）PriorityQueue是非线程安全的；
（3）PriorityQueue不是有序的，只有堆顶存储着最小的元素；
（4）入队就是堆的插入元素的实现；
（5）出队就是堆的删除元素的实现；