数据结构学习与分析(Java语言实现)

一、概览

1. 本文目的：

   获得图灵奖的Pascal之父——Nicklaus Wirth说过一句经典的名言“程序就是数据结构加算法！”，作为一个Coder，掌握并深刻理解Java中的数据结构还是很有必要的。

2. 结构图：

3. 部分概念：

   哈希表结构：动态数组 + 链表/红黑树

二、List

   特点：元素添加顺序和排列顺序相同，可存储相同的值(确切讲是a.equals(b)时，二者都可存储)。

  1. ArrayList

   数据结构：Object类型的动态数组

   线程安全：非线程安全

   特点：查找快(按角标直接获取)，插入和删除慢(需要移动元素)，默认容量为10，1.5倍扩容。

  2. LinkedList

   数据结构：双链表

   线程安全：非线程安全

   特点：插入和删除快，查找慢(需遍历链表)，单个元素占用空间大(因为要储存前驱和后继)。

  3. Vector

   数据结构：Object类型的动态数组

   线程安全：线程安全

   特点：与ArrayList一致，但因为其同步，所以速度相对ArrayList较慢。

  4. Stack

   数据结构：Object类型的动态数组

   线程安全：线程安全

   特点：元素先进(压栈)后出(出栈)，类似手枪弹夹，默认容量为10，2倍扩容。

三、Map

  1. TreeMap

   数据结构：红黑树

   线程安全：非线程安全

   特点：1.元素添加顺序和排列顺序无关，键值不允许重复。
         2.元素按键值排序，这个顺序需要我们自己指定(构造时传入比较器Comparator或让
           元素实现Comparable接口重写compareTo方法)。
         3.相对于HashMap统计性能更好，增、删、改、查性能较差。

  2. HashMap

   数据结构：动态数组 + 链表/红黑树

   线程安全：非线程安全

   添加元素：第一步：通过散列算法计算key值得出哈希值。
             第二步：按照哈希值将元素放到指定的数组位置。
             补充：如果两个不同的元素计算的哈希值相同，那么在数组中的位置就是一样的，
                   这两个元素就会自动组成一个链表，当链表容量大于8时，自动转换为红黑树。

   特点：1.元素添加顺序和排列顺序无关，键值不允许重复。
         2.元素按键值通过散列算法(哈希算法)算出的结果进行排序。
         3.相对于TreeMap，增、删、改、查性能较好，统计性能较差。

  3. LinkedHashMap

   数据结构：动态数组 + 链表/红黑树 + 额外的顺序双链表

   线程安全：非线程安全

   特点：与HashMap特性一致，只是额外维护了一个双链表以记录元素顺序（支持插入顺序和访问顺序两种）

  4. ConcurrentHashMap

   数据结构：动态数组 + 链表/红黑树

   线程安全：线程安全

   特点：key和value不能为null

  5. HashTable

   数据结构：动态数组 + 链表

   线程安全：线程安全

   特点：key和value不能为null，官方已经不再建议使用，可以使用ConcurrentHashMap代替

四、Set

   特点：元素不可重复

  1. TreeSet

   数据结构：红黑树 (底层为TreeMap)

   线程安全：非线程安全

   特点：1.元素添加顺序和排列顺序无关，值不允许重复。
         2.元素按键值排序，这个顺序需要我们自己指定(构造时传入比较器Comparator或让
           元素实现Comparable接口重写compareTo方法)。

  2. HashSet

   数据结构：动态数组 + 链表/红黑树 (底层HashMap)

   线程安全：非线程安全

   特点：1.元素添加顺序和排列顺序无关，值不允许重复。
         2.元素按键值通过散列算法(哈希算法)算出的结果进行排序。

  3. LinkedHashSet

   数据结构：动态数组 + 链表/红黑树 (底层HashMap)

   线程安全：非线程安全

   特点：与HashSet特性一致，只是额外维护了一个双链表以记录元素添加顺序