面试题：Java PriorityBlockingQueue排序稳定性与多线程场景

Question

在多线程环境下，PriorityBlockingQueue在元素排序时如何确保稳定性？如果有多个线程同时向PriorityBlockingQueue中插入元素，且这些元素的优先级相同，队列会如何处理这些元素的先后顺序？请结合具体的源码分析说明。

Answer 1

PriorityBlockingQueue的稳定性说明

1. PriorityBlockingQueue概述：PriorityBlockingQueue是Java集合框架中的一个无界阻塞队列，它根据元素的自然顺序（如果元素实现了Comparable接口）或者根据构造时提供的Comparator进行排序。
2. 稳定性分析：PriorityBlockingQueue并不保证排序的稳定性。稳定性是指如果两个元素具有相同的排序键，它们在排序后的顺序与插入顺序一致。在PriorityBlockingQueue中，当多个元素优先级相同时，并不会维护插入顺序。

多线程插入相同优先级元素的处理

1. 源码分析：当向PriorityBlockingQueue插入元素时，主要方法是offer(E e)和put(E e)（put方法内部调用offer）。

public boolean offer(E e) {
    if (e == null)
        throw new NullPointerException();
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();
    int n, cap;
    Object[] array;
    while ((n = size) >= (cap = (array = queue).length))
        tryGrow(array, cap);
    try {
        Comparator<? super E> cmp = comparator;
        if (cmp == null) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            E x = (E) array[n];
            if (x == null || e.compareTo(x) < 0)
                siftUpComparable(n, e, array);
            else
                siftUpUsingComparator(n, e, array, cmp);
        }
        size = n + 1;
        notEmpty.signal();
    } finally {
        lock.unlock();
    }
    return true;
}

这里在插入元素时，使用siftUpComparable或siftUpUsingComparator方法将新元素放置到合适位置。以siftUpComparable为例：

private static <T> void siftUpComparable(int k, T x, Object[] array) {
    Comparable<? super T> key = (Comparable<? super T>)x;
    while (k > 0) {
        int parent = (k - 1) >>> 1;
        Object e = array[parent];
        if (key.compareTo((T) e) >= 0)
            break;
        array[k] = e;
        k = parent;
    }
    array[k] = key;
}

这个过程只是保证元素按优先级顺序排列，并没有记录插入顺序。所以当多个线程同时插入相同优先级元素时，它们在队列中的顺序是未定义的，取决于线程竞争和内部堆调整的实际情况。

总结来说，PriorityBlockingQueue不保证排序稳定性，多个线程插入相同优先级元素时，其在队列中的先后顺序是不确定的。