在 Scheduler 中,使用最小堆的数据结构在对任务进行排序。
js
// 两个任务队列
var taskQueue: Array<Task> = [];
var timerQueue: Array<Task> = [];
push(timerQueue, newTask); // 像数组中推入一个任务
pop(timerQueue); // 从数组中弹出一个任务
timer = peek(timerQueue); // 从数组中获取第一个任务
我们在学习 Scheduler 中最小堆算法之前,需要先了解什么是 二叉堆。
二叉堆
二叉堆是一种基于完全二叉树的数据结构,它满足堆属性:对于每个节点x,x的父节点的值小于等于x的值(最小堆)或者大于等于x的值(最大堆)。
根据二叉堆的定义我们发现一个名次 完全二叉树 。,完全二叉树是对二叉树 、完全树的一种特殊情况。
下面我们来了解什么是二叉树 和完全树
二叉树
二叉树是一种特殊的树结构,它的每个节点最多有两个子节点,称为左子节点和右子节点。例如下图:
完全树
所谓完全树,指的是一棵树再进行填写的时候,遵循的是"从左往右,从上往下"
例如下面的这些树,就都是完全树:
完全树中的数值
可以分为两大类:
- 最大堆:父节点的数值大于或者等于所有的子节点
- 最小堆:刚好相反,父节点的数值小于或者等于所有的子节点
最大堆示例:
最小堆示例:
- 无论是最大堆还是最小堆,第一个节点一定是这个堆中最大的或者最小的
- 每一层不是按照一定顺序来排列的,比如下面的例子,6可以在左分支,3可以在右分支
- 每一层的所有元素不一定比下一层(非自己的子节点)大或者小
二叉堆主要有两种类型:
最小堆:对于每个节点x,x的值小于等于它的左子节点和右子节点的值。
最大堆:对于每个节点x,x的值大于等于它的左子节点和右子节点的值。
堆的实现
二叉堆通常用数组来实现
通过数组,我们可以非常方便的找到一个节点的所有亲属。对于任意节点i,它的左孩子的索引为2i+1,右孩子的索引为2i+2,父节点的索引为(i-1)/2。例如:
- 父节点:Math.floor((i - 1) / 2)
子节点索引 | 父节点索引 |
---|---|
1 | 0 |
3 | 1 |
4 | 1 |
5 | 2 |
- 左分支节点:i * 2 + 1
父节点索引 | 左分支节点索引 |
---|---|
0 | 1 |
1 | 3 |
2 | 5 |
- 右分支节点:i * 2 + 2
父节点索引 | 右分支节点索引 |
---|---|
0 | 2 |
1 | 4 |
2 | 6 |
react 中对最小堆的应用
在 react 中,最小堆对应的源码在 SchedulerMinHeap.js 文件中,总共有 6 个方法,其中向外暴露了 3 个方法
- push:向最小堆推入一个元素
- pop:弹出一个
- peek:取出第一个
没有暴露的是:
- siftUp:向上调整
- siftDown:向下调整
- compare:这是一个辅助方法,就是两个元素做比较的
所谓向上调整,就是指将一个元素和它的父节点做比较,如果比父节点小,那么就应该和父节点做交换,交换完了之后继续和上一层的父节点做比较,依此类推,直到该元素放置到了正确的位置
向下调整,就刚好相反,元素往下走,先和左分支进行比较,如果比左分支小,那就交换。
接下来我们学习 React 最小堆算法源码的具体实现
peek
取出堆顶的任务,堆顶一定是最小的
这个方法极其的简单,如下:
js
peek(timerQueue);
export function peek(heap) {
// 返回这个数组的第一个元素
return heap.length === 0 ? null : heap[0];
}
push
向最小堆推入一个新任务,因为使用的是数组,所以在推入任务的时候,首先该任务是被推入到数组的最后一项,但是这个时候,涉及到一个调整,我们需要向上调整,把这个任务调整到合适的位置
js
push(timerQueue, newTask);
export function push(heap, node) {
const index = heap.length;
// 推入到数组的最后一位
heap.push(node);
// 向上调整,调整到合适的位置
siftUp(heap, node, index);
}
pop
pop 是从任务堆里面弹出第一个任务,也就是意味着该任务已经没有在队列里面了
js
pop(taskQueue);
export function pop(heap) {
if (heap.length === 0) {
return null;
}
// 获取数组的第一个任务(一定是最小的)
const first = heap[0];
// 拿到数组的最后一个
const last = heap.pop();
if (last !== first) {
// 将最后一个任务放到第一个
heap[0] = last;
// 接下来向下调整
siftDown(heap, last, 0);
}
return first;
}
具体的调整示意图如下: