基于驱逐的TTL（生存时间）优先级队列

Question

我需要一个满足以下属性的数据结构： -

1. 在O（1）
中获取最大值
2. 插入O（log n）
3. 删除O（log n）中的最大值（O（log n）中删除ANY时的加值点）
4. 只有在超过特定TTL（生存时间）时才会调用删除。

操作4只需要最终保持一致，但有限的时间复杂度将是非常好的。

1,2和3是使用堆数据结构的标准优先级队列。但是，如果没有自己实施驱逐线程，我认为没有任何方法可以实现4.我有两个问题：

• 实施4的最佳方法是什么？
• 是否存在Java或任何其他基于JVM的lang中的现有实现，我可以直接使用它而无需自己编写驱逐策略？

Answer 1

是的，标准二进制堆将提供您的要求，但在O（log n）中删除any除外。

您可以实现skip list优先级队列，其中包含O（1）get max，O（log n）插入，O（1）delete max，O（log n）delete any。

Pairing heap有O（1）得到最大值，O（1）插入，摊销O（log n）删除最大值。您可以使用其他数据结构实现O（log n）（再次，摊销）删除any。

根据我的经验，配对堆比跳过列表更容易实现。

对于驱逐通知，我建议计算驱逐时间，并将其用作优先级队列中的密钥。然后，我使用计时器通知我何时调用删除。

1. 在程序启动时，初始化nextRemovalTime值以在下次删除项目时保留。将初始值设置为远期。设置一个会在那时通知您的计时器。
2. 要将项目添加到队列，请通过将TTL添加到当前时间来计算到期时间。然后将项目插入队列。
3. 将nextRemovalTime与队列头部项目的删除时间进行比较。
4. 如果队列头部的项目早于nextRemovalTime，则取消现有计时器，将nextRemovalTime设置为应删除第一个节点的时间，然后重新初始化计时器

这里的想法是，当计时器滴答时，会创建一个后台线程，并将删除顶部项目。以及其他时间已到期的物品。然后计算新的删除时间并重新初始化计时器。

该方法的缺点是优先级队列数据结构必须能够处理并发访问。通常，这是一个锁，除非您有一个无锁的并发优先级队列。它确实不是问题，除非队列被频繁命中。

另一种方法是，如果您并不十分担心队列增长过大，那么无论何时添加新项目或删除现有项目，都要检查过期项目。也就是说，插入变为：

while (queue.peek().expirationTime < currentTime)
{
    queue.removeMax();
}
queue.insert(newItem);