优先队列的一种实现方式——堆

场景

 

在做一个APP的聊天功能，聊天消息走socket推过来的，每个消息有唯一的id，id随时间是增大的，聊天消息要按时间有序，不重复，不遗漏。

 

本博客主要想说消息有序，但提到了不重复，不遗漏，也简单说一下。

不遗漏：一种方式就是本地保存最新的消息id，请求最新数据时带上这个id，等到请求回来，才能更新最新id，注意一下边界开区间闭区间的问题就可以了，服务器应该返回 ( 本地最新id, 服务器最新id ]，这种左开右闭的区间给客户端就行。还有一种保证消息100%到达的应用层应答机制，可以在我之前的博客看到点击查看。

 

不重复：有时候移动网络很差，一个请求发出去很久才响应，中间可能隔了几秒钟，这个时候，有些用户很急可能会狂点界面，比如我，导致请求重复发（实际中已做限频，狂点也不会发请求），然后回来的消息自然就有很多重复了。去重很简单了，OC 中用 NSMutableDictionary，底层是哈希表，把消息id 作为 key，加入到字典中再拿出来，重复的就没有了。但实际中数据量较小，你写两个 for 循环去重也不会有什么性能问题，理论上会更耗cpu和电量。

 

消息有序

 

第一的想法是每次收到新的消息就加入到优先队列中，然后一出队就全部都是有序的了。但是 oc 中没有优先队列这种结构，甚至连队列都没有，一个变通的做法就是用 NSMutableArray 来实现队列和栈，但是用法很别扭，如果 NSMutableArray 用数组实现的话，会有大量的位移操作，效率会很低。

 

一开始我把消息保存到 NSArray 中，每次来了新消息都执行排序+去重的操作来保证有序，数据量小就没什么问题，其实也不小，群里面聊天几十个人同时发消息，一下就重复好多次这样的操作。后来比较有空，就自己用 oc 实现了一个优先队列，方便使用，效率高，大量数据下性能也很好。

 

优先队列

 

普通队列是先进先出的结构，优先队列是一种按照优先级大小，比如小的先出队，的一种结构。所以先进的不一定先出，它会把优先级高的先出，下面我认为id小的优先级高。要先出队。

 

举个例子

 

入队元素顺序：2, 3, 4, 5, 1

 

普通队列出队：2, 3, 4, 5, 1

优先队列出队：1, 2, 3, 4, 5  (有序)

 

那么如何实现优先队列？有以下三种方法

 

1.入队有序

 

就是每加入一个元素的时候，把它移到一个“合适”的位置，举个例子

 

队列中已经有 1, 3, 4，现在要加入 2

那么把 2 移到 1，3 的中间，就是 1, 2, 3, 4

这个“合适”的位置定义为：前一个元素

 

入队已经保证有序了，那么出队就直接把第一个元素拿出来，就是最小的了。

显然 n 个元素的时间复杂度，入队操作 O(n)，出队操作 O(1)

缺点：该方法，如果有大量的入队操作比较耗时。

 

2.遍历最小的出队

 

因为方法1的入队操作耗时，那么方法2做了个改进，入队的时候什么也不做，直接追加到尾部，出队时候去遍历数组中最小的元素出队，举个例子。

 

队列中已经有 3, 1, 4，现在要加入 2

那么把 2 加到尾部，就是 3, 1, 4, 2

 

出队的时候，遍历数组，找到最小的元素1，出队就行了

显然，入队操作 O(1)，出队操作 O(n)

缺点：如果有大量出队操作比较耗时

 

3.二叉堆

 

由于上面两种方法都有缺点，最后用堆这种数据结构来实现优先队列

 

什么是堆？

 

如下图

 

heap

入队操作，向堆中加入一个元素

 

add

 

出队操作，从堆中删掉一个元素

del

 

用堆来实现优先队列，入队，出队操作复杂度 O(log n)，比较平衡。

 

最后还是上个 oc 写的代码吧（https://github.com/hehe520/CKDataStructureKit），顺便吐槽一下 c++, java 都 priority_queue 这样的数据结构，oc 居然没有，得自己用 NSMutableArray 模拟，或者自己写一个。