[iOS] 優先隊列的一種實現方式---堆

場景

在做一個APP的聊天功能,聊天消息走socket推過來的,每個消息有唯一的id,id隨時間是增大的,聊天消息要按時間有序,不重復,不遺漏。

本博客主要想說消息有序,但提到了不重復,不遺漏,也簡單說一下。
不遺漏:一種方式就是本地保存最新的消息id,請求最新數據時帶上這個id,等到請求回來,才能更新最新id,注意一下邊界開區間閉區間的問題就可以了,服務器應該返回 ( 本地最新id, 服務器最新id ],這種左開右閉的區間給客戶端就行。還有一種保證消息100%到達的應用層應答機制,可以在我之前的博客看到點擊查看。

不重復:有時候移動網絡很差,一個請求發出去很久才響應,中間可能隔了幾秒鐘,這個時候,有些用戶很急可能會狂點界面,比如我,導致請求重復發(實際中已做限頻,狂點也不會發請求),然后回來的消息自然就有很多重復了。去重很簡單了,OC 中用 NSMutableDictionary,底層是哈希表,把消息id 作為 key,加入到字典中再拿出來,重復的就沒有了。但實際中數據量較小,你寫兩個 for 循環去重也不會有什么性能問題,理論上會更耗cpu和電量。

消息有序

第一的想法是每次收到新的消息就加入到優先隊列中,然后一出隊就全部都是有序的了。但是 oc 中沒有優先隊列這種結構,甚至連隊列都沒有,一個變通的做法就是用 NSMutableArray 來實現隊列和棧,但是用法很別扭,如果 NSMutableArray 用數組實現的話,會有大量的位移操作,效率會很低。

一開始我把消息保存到 NSArray 中,每次來了新消息都執行排序+去重的操作來保證有序,數據量小就沒什么問題,其實也不小,群里面聊天幾十個人同時發消息,一下就重復好多次這樣的操作。后來比較有空,就自己用 oc 實現了一個優先隊列,方便使用,效率高,大量數據下性能也很好。

優先隊列

普通隊列是先進先出的結構,優先隊列是一種按照優先級大小,比如小的先出隊,的一種結構。所以先進的不一定先出,它會把優先級高的先出,下面我認為id小的優先級高。要先出隊。

舉個例子

入隊元素順序:2, 3, 4, 5, 1

普通隊列出隊:2, 3, 4, 5, 1
優先隊列出隊:1, 2, 3, 4, 5  (有序)

那么如何實現優先隊列?有以下三種方法

1.入隊有序

就是每加入一個元素的時候,把它移到一個“合適”的位置,舉個例子

隊列中已經有 1, 3, 4,現在要加入 2
那么把 2 移到 1,3 的中間,就是 1, 2, 3, 4
這個“合適”的位置定義為:前一個元素 <= 要加入的元素 <= 后一個元素

入隊已經保證有序了,那么出隊就直接把第一個元素拿出來,就是最小的了。
顯然 n 個元素的時間復雜度,入隊操作 O(n),出隊操作 O(1)
缺點:該方法,如果有大量的入隊操作比較耗時。

2.遍歷最小的出隊

因為方法1的入隊操作耗時,那么方法2做了個改進,入隊的時候什么也不做,直接追加到尾部,出隊時候去遍歷數組中最小的元素出隊,舉個例子。

隊列中已經有 3, 1, 4,現在要加入 2
那么把 2 加到尾部,就是 3, 1, 4, 2

出隊的時候,遍歷數組,找到最小的元素1,出隊就行了
顯然,入隊操作 O(1),出隊操作 O(n)
缺點:如果有大量出隊操作比較耗時

3.二叉堆

由于上面兩種方法都有缺點,最后用這種數據結構來實現優先隊列

什么是堆?

如下圖

heap

入隊操作,向堆中加入一個元素

add

出隊操作,從堆中刪掉一個元素

del

用堆來實現優先隊列,入隊,出隊操作復雜度 O(log n),比較平衡。

最后還是上個 oc 寫的代碼吧(下載地址),順便吐槽一下 c++, java 都 priority_queue 這樣的數據結構,oc 居然沒有,得自己用 NSMutableArray 模擬,或者自己寫一個。

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