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常用数据结构
最近在整理数据结构方面的知识, 系统化看了下Java中常用数据结构, 突发奇想用动画来绘制数据流转过程.主要基于jdk8, 可能会有些特性与jdk7之前不相同, 例如LinkedList LinkedHashMap中的双向列表不再是回环的.HashMap中的单链表是尾插, 而不是头插入等等, 后文不再赘叙这些差异, 本文目录结构如下:
LinkedList
经典的双链表结构, 适用于乱序插入, 删除. 指定序列操作则性能不如ArrayList, 这也是其数据结构决定的.
add(E) / addLast(E)
add(index, E)
这边有个小的优化, 他会先判断index是靠近队头还是队尾, 来确定从哪个方向遍历链入.
1 if (index < (size >> 1)) {
2 Node<E> x = first;
3 for (int i = 0; i < index; i++)
4 x = x.next;
5 return x;
6 } else {
7 Node<E> x = last;
8 for (int i = size - 1; i > index; i--)
9 x = x.prev;
10 return x;
11 }
靠队尾
get(index)
也是会先判断index, 不过性能依然不好, 这也是为什么不推荐用for(int i = 0; i < lengh; i++)的方式遍历linkedlist, 而是使用iterator的方式遍历.
remove(E)
ArrayList
底层就是一个数组, 因此按序查找快, 乱序插入, 删除因为涉及到后面元素移位所以性能慢.
add(index, E)
扩容
一般默认容量是10, 扩容后, 会length*1.5.
remove(E)
循环遍历数组, 判断E是否equals当前元素, 删除性能不如LinkedList.
Stack
经典的数据结构, 底层也是数组, 继承自Vector, 先进后出FILO, 默认new Stack()容量为10, 超出自动扩容.
push(E)
pop()
后缀表达式
Stack的一个典型应用就是计算表达式如 9 + (3 - 1) * 3 + 10 / 2, 计算机将中缀表达式转为后缀表达式, 再对后缀表达式进行计算.
中缀转后缀
- 数字直接输出
- 栈为空时，遇到运算符，直接入栈
- 遇到左括号, 将其入栈
- 遇到右括号, 执行出栈操作，并将出栈的元素输出，直到弹出栈的是左括号，左括号不输出。
- 遇到运算符(加减乘除)：弹出所有优先级大于或者等于该运算符的栈顶元素，然后将该运算符入栈
- 最终将栈中的元素依次出栈，输出。
计算后缀表达
- 遇到数字时，将数字压入堆栈
- 遇到运算符时，弹出栈顶的两个数，用运算符对它们做相应的计算, 并将结果入栈
- 重复上述过程直到表达式最右端
- 运算得出的值即为表达式的结果
队列
与Stack的区别在于, Stack的删除与添加都在队尾进行, 而Queue删除在队头, 添加在队尾.
ArrayBlockingQueue
生产消费者中常用的阻塞有界队列, FIFO.
put(E)
put(E) 队列满了
1 final ReentrantLock lock = this.lock;
2 lock.lockInterruptibly();
3 try {
4 while (count == items.length)
5 notFull.await();
6 enqueue(e);
7 } finally {
8 lock.unlock();
9 }
take()
当元素被取出后, 并没有对数组后面的元素位移, 而是更新takeIndex来指向下一个元素.
takeIndex是一个环形的增长, 当移动到队列尾部时, 会指向0, 再次循环.
1 private E dequeue() {
2 // assert lock.getHoldCount() == 1;
3 // assert items[takeIndex] != null;
4 final Object[] items = this.items;
5 @SuppressWarnings("unchecked")
6 E x = (E) items[takeIndex];
7 items[takeIndex] = null;
8 if (++takeIndex == items.length)
9 takeIndex = 0;
10 count--;
11 if (itrs != null)
12 itrs.elementDequeued();
13 notFull.signal();
14 return x;
15 }
HashMap
最常用的哈希表, 面试的童鞋必备知识了, 内部通过数组 + 单链表的方式实现. jdk8中引入了红黑树对长度 > 8的链表进行优化, 我们另外篇幅再讲.
put(K, V)
put(K, V) 相同hash值
resize 动态扩容
当map中元素超出设定的阈值后, 会进行resize (length * 2)操作, 扩容过程中对元素一通操作, 并放置到新的位置.具体操作如下:
- 在jdk7中对所有元素直接rehash, 并放到新的位置.
- 在jdk8中判断元素原hash值新增的bit位是0还是1, 0则索引不变, 1则索引变成"原索引 + oldTable.length".
1 //定义两条链
2 //原来的hash值新增的bit为0的链，头部和尾部
3 Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
4 //原来的hash值新增的bit为1的链，头部和尾部
5 Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
6 Node<K,V> next;
7 //循环遍历出链条链
8 do {
9 next = e.next;
10 if ((e.hash & oldCap) == 0) {
11 if (loTail == null)
12 loHead = e;
13 else
14 loTail.next = e;
15 loTail = e;
16 }
17 else {
18 if (hiTail == null)
19 hiHead = e;
20 else
21 hiTail.next = e;
22 hiTail = e;
23 }
24 } while ((e = next) != null);
25 //扩容前后位置不变的链
26 if (loTail != null) {
27 loTail.next = null;
28 newTab[j] = loHead;
29 }
30 //扩容后位置加上原数组长度的链
31 if (hiTail != null) {
32 hiTail.next = null;
33 newTab[j + oldCap] = hiHead;
34 }
LinkedHashMap
继承自HashMap, 底层额外维护了一个双向链表来维持数据有序. 可以通过设置accessOrder来实现FIFO(插入有序)或者LRU(访问有序)缓存.
put(K, V)
get(K)
accessOrder为false的时候, 直接返回元素就行了, 不需要调整位置.
accessOrder为true的时候, 需要将最近访问的元素, 放置到队尾.
removeEldestEntry 删除最老的元素
集合类相关总结
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转载：https://blog.csdn.net/u011497622/article/details/81284192
Collection
├─List
│ ├─ArrayList
│ ├─LinkedList
│ ├─Vector
│
├─Set
│ ├─HashSet
│ ├─TreeSet
Map
├─HashMap
├─TreeMap
├─LinkedHashMap
├─ConcurrentHashMap
| 类 | 说明 |
|---|---|
| List | 可存储相同的值（确切讲是a.equals(b)时，二者都可存储）。我们会挑选适宜连续存储的ArrayList和链式存储的LinkedList进行介绍。 |
| Set | 不可存储相同值。挑选线程不安全的HashSet和线程安全的ConcurrentHashSet进行介绍。 |
| Map | 存储key-value形式的数据。挑选线程不安全的HashMap和线程安全的ConcurrentHashMap进行介绍。 |
List
| 类 | 说明 | 说明 |
|---|---|---|
| ArrayList | 使用数组进行缓存，好处的遍历快，缺点的插入/删除中间元素比较慢 | |
| LinkedList | 使用双链表的结构，LinkedList是双向链表，即同时保有前驱节点和后驱节点，支持正向遍历和反向遍历。 | ArrayList和LinkedList比较**分析，中间插入元素LinkedList较好，因为 ArrayList 使用数组，是连续的内存，所以遍历会比较快。 |
| Vector | Vector**的数据结果和实现跟ArrayList差不多，主要的区别是操作数据的方法都加了synchronized关键字修饰，它是线程安全的，也牺牲了些性能，慎用。 |
Map
| 类 | 说明 | |
|---|---|---|
| LinkedHashMap | LinkedHashMap**继承了HashMap，数据结果和HashMap一样，但增加了双向列表的结果，用来记录插入的顺序，结果如下 | |
| TreeMap | 使用红-黑树结果，具有元素排序功能 | |
| ConcurrentHashMap | ConcurrentHashMap是线程安全的HashMap，在JDK8中，ConcurrentHashMap为进一步优化多线程下的并发性能，不再采用分段锁对分桶进行保护，而是采用CAS操作（Compare And Set）。这个改变在思想上很像是乐观锁与悲观锁。 | 在JDK8之前，ConcurrentHashMap采用分段锁的方式来保证线程安全性，相对于CAS操作，量级更重一些，因为需要做加锁、解锁操作。这很类似于悲观锁的思想，即假设多线程并发操作临界资源的几率比较大，因此采用加锁的方式来应对。 |
SET
| 类 | 说明 | |
|---|---|---|
| HashSet | 使用HashMap来保存对象 | |
| TreeSet | 默认使用TreeMap的key来保存元素，具有排序功能 | |
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