CollectionPriorityQueue源码解析，原来源码能这么简单？

　　概述
　　前面以Java ArrayDeque为例讲解了Stack和Queue，其实还有一种特殊的队列叫做PriorityQueue，即优先队列。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)。这里牵涉到了大小关系，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)，也就意味着可以通过数组来作为PriorityQueue的底层实现。
　　[
　　上图中我们给每个元素按照层序遍历的方式进行了编号，如果你足够细心，会发现父节点和子节点的编号是有联系的，更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
　　通过上述三个公式，可以轻易计算出某个节点的父节点以及子节点的下标。这也就是为什么可以直接用数组来存储堆的原因。
　　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) 。方法剖析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。
　　新加入的元素可能会破坏小顶堆的性质，因此需要进行必要的调整。//offer(E e) public boolean offer(E e) {     if (e == null)//不允许放入null元素         throw new NullPointerException();     modCount++;     int i = size;     if (i >= queue.length)         grow(i + 1);//自动扩容     size = i + 1;     if (i == 0)//队列原来为空，这是插入的第一个元素         queue[0] = e;     else         siftUp(i, e);//调整     return true; } 复制代码
　　上述代码中，扩容函数grow()类似于ArrayList里的grow()函数，就是再申请一个更大的数组，并将原数组的元素复制过去，这里不再赘述。需要注意的是siftUp(int k, E x)方法，该方法用于插入元素x并维持堆积的特性。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; } 复制代码
　　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下标处的那个元素即是堆顶元素。所以直接返回数组0下标处的那个元素即可。
　　代码也就非常简洁://peek() public E peek() {     if (size == 0)         return null;     return (E) queue[0];//0下标处的那个元素就是最小的那个 } 复制代码 remove()和poll()
　　remove()和poll()方法的语义也完全相同，都是获取并删除对首元素，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。
　　public E poll() {     if (size == 0)         return null;     int s = --size;     modCount++;     E result = (E) queue[0];//0下标处的那个元素就是最小的那个     E x = (E) queue[s];     queue[s] = null;     if (s != 0)         siftDown(0, x);//调整     return result; } 复制代码
　　上述代码首先记录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。//siftDown() private void siftDown(int k, E x) {     int half = size >>> 1;     while (k < half) {         //首先找到左右孩子中较小的那个，记录到c里，并用child记录其下标         int child = (k << 1) + 1;//leftNo = parentNo*2+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;//然后用c取代原来的值         k = child;     }     queue[k] = x; } 复制代码 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。
　　具体代码如下://remove(Object o) public boolean remove(Object o) {     //通过遍历数组的方式找到第一个满足o.equals(queue[i])元素的下标     int i = indexOf(o);     if (i == -1)         return false;     int s = --size;     if (s == i) //情况1         queue[i] = null;     else {         E moved = (E) queue[s];         queue[s] = null;         siftDown(i, moved);//情况2         ......     }     return true; }