React 第三十七章 Scheduler 最小堆算法

在 Scheduler 中,使用最小堆的数据结构在对任务进行排序。

js 复制代码
// 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 复制代码
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 复制代码
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 复制代码
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:

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