动图演示 Java 中常用数据结构

Bertha 。 2021-08-01 00:06 295阅读 0赞

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来自 | 大道方圆

链接 | cnblogs.com/xdecode/p/9321848.html

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:

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## **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)**

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**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.

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;	
            }

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**靠队尾**

**![640?wx\_fmt=gif][640_wx_fmt_gif 2]**

**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.

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**remove(E)**

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## **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)**

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**扩容**

一般默认容量是10, 扩容后, 会length\*1.5.

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**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.

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## **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)**

**![640?wx\_fmt=gif][640_wx_fmt_gif 9]**

**pop()**

**![640?wx\_fmt=gif][640_wx_fmt_gif 10]**

## **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。

### ![640?][640] ###

### **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

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## **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)**

**![640?wx\_fmt=gif][640_wx_fmt_gif 11]**

**put(E) 队列满了**

**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.

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;	
        }

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## **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)**

**![640?wx\_fmt=gif][640_wx_fmt_gif 13]**

**put(K, V) 相同hash值**

**![640?wx\_fmt=gif][640_wx_fmt_gif 14]**

### **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".

//定义两条链	
        //原来的hash值新增的bit为0的链，头部和尾部	
        Node<K,V> loHead = null, loTail = null;	
        //原来的hash值新增的bit为1的链，头部和尾部	
        Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;	
        Node<K,V> next;	
        //循环遍历出链条链	
        do {	
            next = e.next;	
            if ((e.hash & oldCap) == 0) {	
                if (loTail == null)	
                    loHead = e;	
                else	
                    loTail.next = e;	
                loTail = e;	
            }	
            else {	
                if (hiTail == null)	
                    hiHead = e;	
                else	
                    hiTail.next = e;	
                hiTail = e;	
            }	
        } while ((e = next) != null);	
        //扩容前后位置不变的链	
        if (loTail != null) {	
            loTail.next = null;	
            newTab[j] = loHead;	
        }	
        //扩容后位置加上原数组长度的链	
        if (hiTail != null) {	
            hiTail.next = null;	
            newTab[j + oldCap] = hiHead;	
        }

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## **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)**

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**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.

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**removeEldestEntry 删除最老的元素**

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