最近在整理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面的知識(shí), 系統(tǒng)化看了下Java中常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu), 突發(fā)奇想用動(dòng)畫來繪制數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)過程.

主要基于jdk8, 可能會(huì)有些特性與jdk7之前不相同, 例如LinkedList LinkedHashMap中的雙向鏈表不再是回環(huán)的.

HashMap中的單鏈表是尾插, 而不是頭插入等等, 后文不再贅敘這些差異, 本文目錄結(jié)構(gòu)如下:

LinkedList

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經(jīng)典的雙鏈表結(jié)構(gòu), 適用于亂序插入, 刪除. 指定序列操作則性能不如ArrayList, 這也是其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)決定的.

add(E) / addLast(E)

?

add(index, E)

這邊有個(gè)小的優(yōu)化, 他會(huì)先判斷index是靠近隊(duì)頭還是隊(duì)尾, 來確定從哪個(gè)方向遍歷鏈表.

if (index < (size >> 1)) {Node<E> x = first;for (int i = 0; i < index; i++)x = x.next;return x; } else {Node<E> x = last;for (int i = size - 1; i > index; i--)x = x.prev;return x; }

靠隊(duì)尾

?

get(index)

也是會(huì)先判斷index, 不過性能依然不好, 這也是為什么不推薦用for(int i = 0; i < lengh; i++)的方式遍歷linkedlist, 而是使用iterator的方式遍歷.

?

remove(E)

?

ArrayList

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底層就是一個(gè)數(shù)組, 因此按序查找快, 亂序插入, 刪除因?yàn)樯婕暗胶竺嬖匾莆凰孕阅苈?

add(index, E)

擴(kuò)容

一般默認(rèn)容量是10, 擴(kuò)容后, 會(huì)length*1.5.

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remove(E)

循環(huán)遍歷數(shù)組, 判斷E是否equals當(dāng)前元素, 刪除性能不如LinkedList.

?

Stack

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經(jīng)典的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu), 底層也是數(shù)組, 繼承自Vector, 先進(jìn)后出FILO, 默認(rèn)new Stack()容量為10, 超出自動(dòng)擴(kuò)容.

push(E)

?

pop()

?

后綴表達(dá)式

Stack的一個(gè)典型應(yīng)用就是計(jì)算表達(dá)式如 9 + (3 - 1) * 3 + 10 / 2, 計(jì)算機(jī)將中綴表達(dá)式轉(zhuǎn)為后綴表達(dá)式, 再對(duì)后綴表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算.

中綴轉(zhuǎn)后綴

• 數(shù)字直接輸出
• 棧為空時(shí)，遇到運(yùn)算符，直接入棧
• 遇到左括號(hào), 將其入棧
• 遇到右括號(hào), 執(zhí)行出棧操作，并將出棧的元素輸出，直到彈出棧的是左括號(hào)，左括號(hào)不輸出。
• 遇到運(yùn)算符(加減乘除)：彈出所有優(yōu)先級(jí)大于或者等于該運(yùn)算符的棧頂元素，然后將該運(yùn)算符入棧
• 最終將棧中的元素依次出棧，輸出。

計(jì)算后綴表達(dá)

• 遇到數(shù)字時(shí)，將數(shù)字壓入堆棧
• 遇到運(yùn)算符時(shí)，彈出棧頂?shù)膬蓚€(gè)數(shù)，用運(yùn)算符對(duì)它們做相應(yīng)的計(jì)算, 并將結(jié)果入棧
• 重復(fù)上述過程直到表達(dá)式最右端
• 運(yùn)算得出的值即為表達(dá)式的結(jié)果

?

隊(duì)列

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與Stack的區(qū)別在于, Stack的刪除與添加都在隊(duì)尾進(jìn)行, 而Queue刪除在隊(duì)頭, 添加在隊(duì)尾.

ArrayBlockingQueue

生產(chǎn)消費(fèi)者中常用的阻塞有界隊(duì)列, FIFO.

put(E)

?

put(E) 隊(duì)列滿了

final ReentrantLock lock = this.lock;lock.lockInterruptibly();try {while (count == items.length)notFull.await();enqueue(e);} finally {lock.unlock();}

?

take()

當(dāng)元素被取出后, 并沒有對(duì)數(shù)組后面的元素位移, 而是更新takeIndex來指向下一個(gè)元素.

takeIndex是一個(gè)環(huán)形的增長(zhǎng), 當(dāng)移動(dòng)到隊(duì)列尾部時(shí), 會(huì)指向0, 再次循環(huán).

private E dequeue() {// assert lock.getHoldCount() == 1;// assert items[takeIndex] != null;final Object[] items = this.items;@SuppressWarnings("unchecked")E x = (E) items[takeIndex];items[takeIndex] = null;if (++takeIndex == items.length)takeIndex = 0;count--;if (itrs != null)itrs.elementDequeued();notFull.signal();return x;}

?

HashMap

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最常用的哈希表, 面試的童鞋必備知識(shí)了, 內(nèi)部通過數(shù)組 + 單鏈表的方式實(shí)現(xiàn). jdk8中引入了紅黑樹對(duì)長(zhǎng)度 > 8的鏈表進(jìn)行優(yōu)化, 我們另外篇幅再講.

put(K, V)

?

put(K, V) 相同hash值

?

resize 動(dòng)態(tài)擴(kuò)容

當(dāng)map中元素超出設(shè)定的閾值后, 會(huì)進(jìn)行resize (length * 2)操作, 擴(kuò)容過程中對(duì)元素一通操作, 并放置到新的位置.

具體操作如下:

• 在jdk7中對(duì)所有元素直接rehash, 并放到新的位置.
• 在jdk8中判斷元素原h(huán)ash值新增的bit位是0還是1, 0則索引不變, 1則索引變成"原索引 + oldTable.length".

//定義兩條鏈//原來的hash值新增的bit為0的鏈，頭部和尾部Node<K,V> loHead = null, loTail = null;//原來的hash值新增的bit為1的鏈，頭部和尾部Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;Node<K,V> next;//循環(huán)遍歷出鏈條鏈do {next = e.next;if ((e.hash & oldCap) == 0) {if (loTail == null)loHead = e;elseloTail.next = e;loTail = e;}else {if (hiTail == null)hiHead = e;elsehiTail.next = e;hiTail = e;}} while ((e = next) != null);//擴(kuò)容前后位置不變的鏈if (loTail != null) {loTail.next = null;newTab[j] = loHead;}//擴(kuò)容后位置加上原數(shù)組長(zhǎng)度的鏈if (hiTail != null) {hiTail.next = null;newTab[j + oldCap] = hiHead;}

?

LinkedHashMap

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繼承自HashMap, 底層額外維護(hù)了一個(gè)雙向鏈表來維持?jǐn)?shù)據(jù)有序. 可以通過設(shè)置accessOrder來實(shí)現(xiàn)FIFO(插入有序)或者LRU(訪問有序)緩存.

put(K, V)

?

get(K)

accessOrder為false的時(shí)候, 直接返回元素就行了, 不需要調(diào)整位置.?

accessOrder為true的時(shí)候, 需要將最近訪問的元素, 放置到隊(duì)尾.

?

removeEldestEntry 刪除最老的元素

?

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的几张动态图捋清Java常用数据结构及其设计原理的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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