在Java中如何使用PriorityQueue实现优先队列_PriorityQueue集合实践技巧

答案：Java中PriorityQueue基于堆结构实现，按优先级排序元素，默认为最小堆，支持自定义Comparator构建最大堆或对象排序，适用于任务调度、Top K等问题，常用操作包括offer、poll和peek，不支持null元素与线程安全，遍历无序，仅poll保证优先级出队。

在Java中，PriorityQueue 是一种基于堆结构实现的优先队列集合类，能够自动根据元素的自然顺序或自定义比较器对元素进行排序，确保每次取出的都是优先级最高的元素。它常用于需要按优先级处理任务的场景，比如任务调度、Dijkstra最短路径算法等。

PriorityQueue的基本使用

PriorityQueue位于java.util包下，无需额外引入依赖。默认情况下，它实现的是最小堆，即队首元素是最小值。

PriorityQueue queue = new PriorityQueue();
queue.offer(5);
queue.offer(1);
queue.offer(3);

while (!queue.isEmpty()) {
   System.out.println(queue.poll()); // 输出：1, 3, 5
}

注意：poll() 方法获取并移除队首元素，peek() 则只查看不移除。

自定义优先级：使用Comparator

如果需要实现最大堆或根据对象属性排序，可以通过传入 Comparator 来定制优先级规则。

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PriorityQueue maxHeap = new PriorityQueue((a, b) -> b - a);
maxHeap.offer(5);
maxHeap.offer(1);
maxHeap.offer(8);

while (!maxHeap.isEmpty()) {
   System.out.println(maxHeap.poll()); // 输出：8, 5, 1
}

class Task {
   String name;
   int priority;
   Task(String name, int priority) {
      this.name = name;
      this.priority = priority;
   }
}

PriorityQueue taskQueue = new PriorityQueue((t1, t2) -> t2.priority - t1.priority);
taskQueue.offer(new Task("Low", 1));
taskQueue.offer(new Task("High", 5));

System.out.println(taskQueue.peek().name); // 输出：High

常用操作与注意事项

了解PriorityQueue的关键特性有助于避免常见问题：

• 不允许插入 null 元素，否则抛出 NullPointerException
• 不支持 null 安全的比较逻辑
• 不是线程安全的，多线程环境下应使用 PriorityBlockingQueue
• 遍历时不能保证顺序输出，只有 poll() 才能按优先级取值
• 时间复杂度：插入和删除为 O(log n)，查询堆顶为 O(1)

若元素类型实现了 Comparable 接口（如 Integer、String），可直接使用自然排序；否则必须提供 Comparator，否则会抛出 ClassCastException。

实际应用场景建议

PriorityQueue适合解决以下几类问题：

• Top K 问题：维护一个大小为K的队列，保留最大/最小的K个数
• 合并多个有序链表：将每个链表头节点加入队列，依次取出最小节点并补充下一个
• 任务调度系统：高优先级任务先执行
• 数据流中位数或动态中位数：结合两个优先队列（最大堆+最小堆）实现

基本上就这些。掌握PriorityQueue的核心在于理解其堆结构特性和排序机制，合理使用Comparator可以灵活应对各种优先级需求。用好它，能让很多算法问题变得简洁高效。

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