PHP优先队列

PHP优先队列

1.什么是优先队列？

队列你们应该都很熟悉，专业的说队列是一种特殊的线性表，简单的说就是先进先出（FIFO），与队列相反的还有一种数据结构叫做栈，先进后出（FILO），这里的栈和内存里面的栈没啥关系，不要理解错了！

队列在开发的应用挺多的，最普遍的就是消息队列，用来处理一些任务好比下单，抢购，须要按请求的时间排序，先来的先处理，关键是保持一种顺序结构。实际开发中，咱们通常不多本身去实现队列，一般都是使用一些现成的服务，好比redis queue，rabbitmq。

优先队列（Priprity Queue），顾名思义，就是带有优先级的队列，也就是说不是按请求的顺序排序，并且根据某一些规则属性。举个例子：有一些12306的刷票软件，花钱买了加速包抢到票的概率更高。这里所谓概率更高换个说法就是优先级更高，若是只有10张票，确定是先让那些花了钱的先抢到票，没花钱的话排后面。

2.为何须要优先队列？

假设如今有10000我的抢票，其中有50我的交了数目不一的钱，当系统抢到一张票后须要按照这些用户交钱的数目从大到小排序依次分配。若是让你去实现上面所说的抢票优先级，你会怎么设计呢？

作法一：

若是这些用户信息是存储到数据库里面，当每次抢到一张票的时候，使用sql语句排序取出符合条件的用户里面交钱最多的那位就好了。若是不是存储到数据库里面的，可能就须要在内存里面排序了，1万个用户信息虽然很少，可是你每次都须要从新排序。

作法二：

使用redis sorted set 实现，Redis 有序集合和集合同样也是string类型元素的集合,且不容许重复的成员。不一样的是每一个元素都会关联一个double类型的分数，redis正是经过分数来为集合中的成员进行从小到大的排序，有序集合的成员是惟一的,但分数(score)却能够重复。

sorted set 操做
ZADD：向 sorted set 中添加元素
ZCOUNT： sorted set 中 score 等于指定值的元素有多少个
ZSCORE：sorted set 中指定元素的 score 是多少
ZCARD： sorted set 中总共有多少个元素
ZREM：删除 sorted set 中的指定元素
ZREVRANGE：按照从大到小的顺序返回指定索引区间内的元素
ZRANGE: 按照从小到大的顺序返回指定索引区间内的元素
复制代码

值得一说的是，这个并非并发安全的，由于取优先级最高的元素以及删除这个元素是两次操做，不是原子性的，不过可使用lua脚本解决这个问题。

作法三：

使用优先队列，大部分编程语言的标准库里面都自带优先队列实现，并不须要本身去实现，不过像PHP这样的Web程序每次请求结束后内存数据都会被销毁，使用本身构建的优先队列还不如第二种作法好使，或者实现一个常驻进程的服务供Web调用。

3.原理和使用

优先队列是基于二叉堆的，构建一个优先队列实际上就是在构建一个二叉堆，二叉堆是一种特殊的堆，二叉堆是彻底二元树（二叉树）或者是近似彻底二元树（二叉树）。

二叉堆有两种：最大堆和最小堆。最大堆：父结点的键值老是大于或等于任何一个子节点的键值；最小堆：父结点的键值老是小于或等于任何一个子节点的键值。

二叉树是每一个结点最多有两个子树的树结构。

树是一种非线性的数据结构，是由n（n >=0）个结点组成的有限集合。

以上内容仅供参考，关于这些数据结构的实现和算法细节这里不说了，毕竟不简单，感兴趣的话能够详细了解一下。

这些算法虽然不简单，可是毕竟咱们都是站在巨人的肩膀上，下面看一下在PHP SPL里面提供的优先队列实现。PHP的标准库里面提供了经常使用的数据结构，好比链表，堆，栈，最大堆，最小堆，固定大小数组，其中就有优先队列，其类摘要以下：

SplPriorityQueue implements Iterator , Countable {
    /* 方法 */
    public __construct ( void )
    public int compare ( mixed $priority1 , mixed $priority2 )
    public int count ( void )
    public mixed current ( void )
    public mixed extract ( void )
    public int getExtractFlags ( void )
    public void insert ( mixed $value , mixed $priority )
    public bool isCorrupted ( void )
    public bool isEmpty ( void )
    public mixed key ( void )
    public void next ( void )
    public void recoverFromCorruption ( void )
    public void rewind ( void )
    public void setExtractFlags ( int $flags )
    public mixed top ( void )
    public bool valid ( void )
}
复制代码

其中经常使用的是compare，count，current，insert，next，rewind，valid等方法，用法也相对简单，下面看一个完整的例子：

<?php
$queue = new SplPriorityQueue();

$queue->insert("A", 2);
$queue->insert("B", 17);
$queue->insert("C", 4);
$queue->insert("D", 10);
$queue->insert("E", 1);

//获取优先级最高的元素
echo $queue->top()."\n";

//按照优先级从大到小遍历全部元素
while ($queue->valid()) {
    echo $queue->current()."\n";
    $queue->next();
}
复制代码

默认状况下，这个是按照数值大小排序的，可是若是排序比较的属性的并非一个数值怎么办呢？好比说是对象，这时候能够采用下面的写法，咱们能够新建一个类继承标准库的类，而后根据本身的规则重写compare的方法：

<?php
class MyQueue extends SplPriorityQueue {
    public function compare($priority1, $priority2) {
        if ($priority1->age === $priority2->age) {
            return 0;
        }
        return $priority1->age < $priority2->age ? -1 : 1;
    }
}

class Person {
    public $age;
    public function __construct($age) {
        $this->age = $age;
    }
}

$queue = new MyQueue();

$queue->insert("A", new Person(2));
$queue->insert("B", new Person(17));
$queue->insert("C", new Person(4));
$queue->insert("D", new Person(10));
$queue->insert("E", new Person(1));

//获取优先级最高的元素
echo $queue->top() . "\n";

//按照优先级从大到小遍历全部元素
while ($queue->valid()) {
    echo $queue->current() . "\n";
    $queue->next();
}
复制代码

你们看懂了吗？若是错误欢迎指正！