Java核心类库自带的数据结构有(以下是我用过的,估计还有不少我没用过的):
Deque, 等接口
具体数据结构(Concrete Data Structures)
- 定长数组
- 双向链表(LinkedList,但不把链表结构暴露给你)
- 哈希表(HashMap,同样不把具体实现暴露给你)
- TreeMap(底层是红黑树,但还是不暴露给你)
- LinkedHashMap和LinkedHashSet(哈希表和链表的组合,同样不暴露底层)
- 优先队列(看源码底层是个二叉堆,但是不暴露给你)
抽象数据结构(Abstract Data Structures)
- 列表(List,一维ordered容器,有多种实现)
- Set(一维无重复集合,有多种实现)
- HashSet和TreeSet(用HashMap和TreeMap实现的set)
- 栈(Stack,后进先出的容器)
- 队列(Queue,先进先出的容器)
- 优先队列(PriorityQueue,又称堆,英文叫Heap,注意这玩意儿不是队列)
考虑并发的变种数据结构
- ConcurrentHashMap和ConcurrentHashSet等
- BlockingQueue
其他数据结构
- ArrayDeque
- DelayQueue
- ....
ArrayList(数组)
ArrayList是最常用的List实现类,内部是通过数组实现的,它允许对元素进行快速随机访问。数组的缺点是每个元素之间不能有间隔,当数组大小不满足时需要增加存储能力,就要将已经有数组的数据复制到新的存储空间中。当从ArrayList的中间位置插入或者删除元素时,需要对数组进行复制、移动、代价比较高。因此,它适合随机查找和遍历,不适合插入和删除。
Vector(数组实现、线程同步)
Vector与ArrayList一样,也是通过数组实现的,不同的是它支持线程的同步,即某一时刻只有一个线程能够写Vector,避免多线程同时写而引起的不一致性,但实现同步需要很高的花费,因此,访问它比访问ArrayList慢。
LinkList(链表)
LinkedList是用链表结构存储数据的,很适合数据的动态插入和删除,随机访问和遍历速度比较慢。另外,他还提供了List接口中没有定义的方法,专门用于操作表头和表尾元素,可以当作堆栈、队列和双向队列使用。
Set
Set注重独一无二的性质,该体系集合用于存储无序(存入和取出的顺序不一定相同)元素,值不能重复。对象的相等性本质是对象hashCode值(java是依据对象的内存地址计算出的此序号)判断的,如果想要让两个不同的对象视为相等的,就必须覆盖Object的hashCode方法和equals方法。
HashSet(Hash表)
哈希表边存放的是[哈希值]。HashSet存储元素的顺序并不是按照存入时的顺序(和List显然不同) 而是按照哈希值来存的所以取数据也是按照哈希值取得。元素的哈希值是通过元素的hashcode方法来获取的, HashSet首先判断两个元素的哈希值,如果哈希值一样,接着会比较equals方法 如果 equls结果为true ,HashSet就视为同一个元素。如果equals 为false就不是同一个元素。 哈希值相同equals为false的元素是怎么存储呢,就是在同样的哈希值下顺延(可以认为哈希值相同的元素放在一个哈希桶中)。也就是哈希一样的存一列。如图1表示hashCode值不相同的情况;图2表示hashCode值相同,但[equals]不相同的情况。
HashSet通过hashCode值来确定元素在内存中的位置。一个hashCode位置上可以存放多个元素。
TreeSet([二叉树]
1.TreeSet()是使用二叉树的原理对新add()的对象按照指定的顺序排序([升序]、降序),每增加一个对象都会进行排序,将对象插入的二叉树指定的位置。
2.Integer和String对象都可以进行默认的TreeSet排序,而自定义类的对象是不可以的,自己定义的类必须实现Comparable接口,并且覆写相应的compareTo()函数,才可以正常使用。
3.在覆写compare()函数时,要返回相应的值才能使TreeSet按照一定的规则来排序
4. 比较此对象与指定对象的顺序。如果该对象小于、等于或大于指定对象,则分别返回负整数、零或[正整数]
LinkHashSet(HashSet+LinkedHashMap)
对于LinkedHashSet而言,它继承与HashSet、又基于LinkedHashMap来实现的。LinkedHashSet底层使用LinkedHashMap来保存所有元素,它继承与HashSet,其所有的方法操作上又与HashSet相同,因此LinkedHashSet 的实现上非常简单,只提供了四个构造方法,并通过传递一个标识参数,调用父类的构造器,底层构造一个LinkedHashMap来实现,在相关操作上与父类HashSet的操作相同,直接调用父类HashSet的方法即可。
hashmap
java7的时候:
大方向上,HashMap 里面是一个数组,然后数组中每个元素是一个单向链表。上图中,每个绿色的实体是嵌套类 Entry 的实例,Entry 包含四个属性:key, value, hash 值和用于单向链表的 next。
1. capacity:当前数组容量,始终保持 2^n,可以扩容,扩容后数组大小为当前的 2 倍。
2. loadFactor:负载因子,默认为 0.75。
3. threshold:扩容的阈值,等于 capacity * loadFactor
java8的时候:
Java8 对 HashMap 进行了一些修改,最大的不同就是利用了[红黑树],所以其由 数组+链表+红黑树 组成。 根据 Java7 HashMap 的介绍,我们知道,查找的时候,根据 hash 值我们能够快速定位到数组的具体下标,但是之后的话,需要顺着链表一个个比较下去才能找到我们需要的,时间复杂度取决于链表的长度,为 O(n)。为了降低这部分的开销,在 Java8 中,当链表中的元素超过了 8 个以后,会将链表转换为红黑树,在这些位置进行查找的时候可以降低时间复杂度为 O(logN)。
hsahHashTable
HashTable和HashMap的实现原理几乎一样,差别无非是
HashTable不允许key和value为null
HashTable是线程安全的
但是HashTable线程安全的策略实现代价却太大了,简单粗暴,get/put所有相关操作都是synchronized的,这相当于给整个哈希表加了一把大锁。
多线程访问时候,只要有一个线程访问或操作该对象,那其他线程只能阻塞,相当于将所有的操作串行化,在竞争激烈的并发场景中性能就会非常差。
ConcurrentHashMap
其实可以看出JDK1.8版本的ConcurrentHashMap的[数据结构]已经接近HashMap,相对而言,ConcurrentHashMap只是增加了同步的操作来控制并发,
从JDK1.7版本的ReentrantLock+Segment+HashEntry,到JDK1.8版本中synchronized+CAS+HashEntry+红黑树。
1.数据结构:取消了Segment分段锁的数据结构,取而代之的是数组+链表+红黑树的结构。
2.保证线程安全机制:
JDK1.7采用segment的分段锁机制实现线程安全,其中segment继承自ReentrantLock。
JDK1.8采用CAS+Synchronized保证线程安全。
3.锁的粒度:原来是对需要进行数据操作的Segment加锁,现调整为对每个数组元素加锁(Node)。
4.链表转化为红黑树:定位结点的hash算法简化会带来弊端,Hash冲突加剧,因此在链表节点数量大于8时,会将链表转化为红黑树进行存储。
5.查询时间复杂度:从原来的遍历链表O(n),变成遍历红黑树O(logN)。
Java常见数据结构
1、数组;
2、链表,一种递归的数据结构;
3、栈,按照“后进先出”、“先进后出”的原则来存储数据;
4、队列;
5、树,是由 n(n>0)个有限节点组成的一个具有层次关系的集合;
6、堆;
7、图;
8、哈希表。
1、数组;
优点:
按照索引查询元素的速度很快
按照索引遍历数组也很方便
缺点:
数组的大小在创建后就确定了,无法扩容
数组只能存储一种类型的数据
添加、删除元素的操作很耗时间,因为要移动其他元素。
2、链表,一种递归的数据结构;
链表是一种递归的数据结构,它或者未空,或者指向一个结点(node)的引用,该节点还有一个元素和一个指向另一条链表的引用。
Java的LinkedList类可以很形象地通过代码的形式来表示一个链表的结构。
这是一个双向链表,当前元素既有prev又有next,不过first的prev为null,last的next为null。
优点:
不需要初始化容量
可以添加任意元素
插入和删除的时候只需要更新引用
缺点:
含有大量的引用,占用内存空间大
查找元素需要遍历整个链表,耗时
3、栈,按照“后进先出”、“先进后出”的原则来存储数据;
栈就像水桶一样,底部是密封的,顶部是开口,水可以进可以出
4、队列;
队列就像水管,两端都是开口,水从一端进去,然后从另外一端出来。
队头只允许删除操作,队尾只允许插入操作
5、树,是由 n(n>0)个有限节点组成的一个具有层次关系的集合;
二叉树,满二叉树,二叉查找树,平衡二叉树,红黑树,B树
6、堆;
堆可以被看成一棵树的数组对象,
堆中某个节点的值总是不大于或不小于其父节点的值
堆总是一棵完全二叉树
7、图;
图是一种复杂的非线性结构,有顶点的有穷非空集合和顶点之间边的集合组成,通常表示为:G(V,E)
其中,G表示一个图,V是图G中顶点的集合,E是图G中边的集合。
8、哈希表。
哈希表,也叫散列表,是一种可以通过关键码值(key-value)直接访问的数据结构,它最大的特点就可以快速实现查找、插入和删除。
如果哈希冲突了,Java的hashmap会在数组的同一个位置上增加链表,如果链表的长度大于8,将会转化成红黑树进行处理-这就是所谓的拉链法(数组+链表)