Java优先级队列使用详解

**Java优先级队列使用教程：掌握PriorityBlockingQueue实现线程安全任务调度** 想要在多线程环境下高效处理优先级任务？`PriorityBlockingQueue`是你的理想选择。本文将深入讲解Java并发包中的`PriorityBlockingQueue`，这是一个线程安全的无界优先队列，基于堆结构实现，并支持自然排序或自定义`Comparator`排序。我们将详细介绍`PriorityBlockingQueue`的基本特性，包括线程安全性、无界特性、优先级排序以及不允许`null`值的限制。通过本文，你将学会如何创建和初始化`PriorityBlockingQueue`，掌握`put()`、`offer()`、`take()`和`poll()`等常用方法，并了解如何在实际场景中应用，例如结合线程池实现带优先级的任务调度。此外，我们还将探讨使用`PriorityBlockingQueue`时的注意事项，助你轻松实现线程安全的优先级任务处理，提升并发编程能力。

PriorityBlockingQueue 是线程安全的无界优先队列，基于堆实现，支持按自然顺序或比较器排序，适用于多线程环境下优先级任务处理。

PriorityBlockingQueue 是 Java 并发包（java.util.concurrent）中的一个线程安全的无界优先队列。它基于堆结构实现，元素按照自然顺序或者通过提供的 Comparator 进行排序。当你需要在多线程环境中处理有优先级的任务时，这个类非常有用。

基本特性

PriorityBlockingQueue 的关键特点：

• 线程安全：内部使用锁机制保证并发访问的安全性。
• 无界队列：容量可自动增长，不会阻塞插入操作（除非内存耗尽）。
• 优先级排序：元素按优先级出队，优先级高的先出（最小值优先，默认为自然序）。
• 不允许 null 值：插入 null 会抛出 NullPointerException。
• 不保证相等优先级元素的顺序：如果多个元素优先级相同，出队顺序不确定。

创建和初始化

你可以创建一个默认自然排序的 PriorityBlockingQueue，也可以传入自定义比较器来控制优先级逻辑。

// 使用自然排序（要求元素实现 Comparable 接口）
PriorityBlockingQueue<Integer> queue = new PriorityBlockingQueue<>();
<p>// 使用自定义比较器（例如：大数优先）
PriorityBlockingQueue<Integer> maxHeap = new PriorityBlockingQueue<>(11, 
(a, b) -> b - a); // 逆序排列</p>

添加和移除元素

常用方法包括 put()、offer()、take() 和 poll()，它们支持阻塞和非阻塞行为。

PriorityBlockingQueue<String> queue = new PriorityBlockingQueue<>();
<p>// 添加元素（put 是阻塞的，但因为是无界的，实际不会阻塞）
queue.put("low");
queue.offer("high");</p><p>// 获取并移除头元素
String first = queue.take(); // 阻塞直到有元素可用
String second = queue.poll(); // 立即返回，若为空则返回 null
String peek = queue.peek();  // 查看但不移除，可能为 null</p>

实际应用场景：带优先级的任务调度

假设你有一个任务系统，不同任务有不同的执行优先级。可以定义一个 Task 类并实现 Comparable 接口。

class Task implements Comparable<Task> {
    private String name;
    private int priority; // 数值越小，优先级越高
<pre class="brush:java;toolbar:false;">public Task(String name, int priority) {
    this.name = name;
    this.priority = priority;
}

@Override
public int compareTo(Task other) {
    return Integer.compare(this.priority, other.priority);
}

@Override
public String toString() {
    return "Task{" + "name='" + name + '\'' + ", priority=" + priority + '}';
}

使用线程池配合 PriorityBlockingQueue 实现优先任务处理：

PriorityBlockingQueue<Runnable> workQueue = 
    new PriorityBlockingQueue<>();
<p>ExecutorService executor = new ThreadPoolExecutor(
2, 2,
0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
workQueue
);</p><p>// 提交不同优先级任务
executor.submit(new Task("Low Priority", 3));
executor.submit(new Task("High Priority", 1));
executor.submit(new Task("Medium Priority", 2));</p><p>// 输出顺序通常是：高、中、低</p>

注意：ThreadPoolExecutor 默认使用 FIFO 队列，如果你希望任务真正按优先级执行，确保队列本身支持排序，并且任务类正确实现了排序逻辑。

注意事项

• 由于是无界队列，长时间持续添加任务可能导致内存溢出。
• 迭代器不保证反映实时状态，也不支持删除操作（ConcurrentModificationException 可能发生）。
• poll() 和 take() 的区别：take() 会一直阻塞，而 poll(long timeout, TimeUnit) 可设置超时。

基本上就这些。用好 PriorityBlockingQueue 能帮你轻松实现线程安全的优先级任务处理。

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