java中数据结构

野性酷女 2022-07-24 06:13 104阅读 0赞

也许你已经熟练使用了**java**.util包里面的各种数据结构，但是我还是要说一说**java**版数据结构与算法，希望对你有帮助。

线性表，链表，哈希表是常用的数据结构，在进行Java开发时，JDK已经为我们提供了一系列相应的类来实现基本的数据结构。这些类均在java.util包中。本文试图通过简单的描述，向读者阐述各个类的作用以及如何正确使用这些类。

**Collection**

├List

│├LinkedList

│├ArrayList

│└Vector

│　└Stack

└Set

**Map**

├Hashtable

├HashMap

└WeakHashMap

**Collection接口**

Collection是最基本的集合接口，一个Collection代表一组Object，即Collection的元素（Elements）。一些Collection允许相同的元素而另一些不行。一些能排序而另一些不行。Java SDK不提供直接继承自Collection的类，Java SDK提供的类都是继承自Collection的“子接口”如List和Set。

所有实现Collection接口的类都必须提供两个标准的构造函数：无参数的构造函数用于创建一个空的Collection，有一个Collection参数的构造函数用于创建一个新的Collection，这个新的Collection与传入的Collection有相同的元素。后一个构造函数允许用户复制一个Collection。

如何遍历Collection中的每一个元素？不论Collection的实际类型如何，它都支持一个iterator()的方法，该方法返回一个迭代子，使用该迭代子即可逐一访问Collection中每一个元素。典型的用法如下：

Iterator it = collection.iterator(); // 获得一个迭代子  
       while(it.hasNext()) {  
       Object obj = it.next(); // 得到下一个元素  
       }

**由Collection接口派生的两个接口是List和Set**。

主要方法:

*  boolean add(Object o)添加对象到集合
 *  boolean remove(Object o)删除指定的对象
 *  int size()返回当前集合中元素的数量
 *  boolean contains(Object o)查找集合中是否有指定的对象
 *  boolean isEmpty()判断集合是否为空
 *  Iterator iterator()返回一个迭代器
 *  boolean containsAll(Collection c)查找集合中是否有集合c中的元素
 *  boolean addAll(Collection c)将集合c中所有的元素添加给该集合
 *  void clear()删除集合中所有元素
 *  void removeAll(Collection c)从集合中删除c集合中也有的元素
 *  void retainAll(Collection c)从集合中删除集合c中不包含的元素

**List接口**

**List是有序的Collection**，使用此接口能够精确的控制每个元素插入的位置。用户能够使用索引（元素在List中的位置，类似于数组下标）来访问List中的元素，这类似于Java的数组。

和下面要提到的Set不同，List允许有相同的元素。

除了具有Collection接口必备的iterator()方法外，List还提供一个listIterator()方法，返回一个ListIterator接口，和标准的Iterator接口相比，ListIterator多了一些add()之类的方法，允许添加，删除，设定元素，还能向前或向后遍历。

实现List接口的常用类有LinkedList，ArrayList，Vector和Stack。

主要方法:

*  void add(int index,Object element)在指定位置上添加一个对象
 *  boolean addAll(int index,Collection c)将集合c的元素添加到指定的位置
 *  Object get(int index)返回List中指定位置的元素
 *  int indexOf(Object o)返回第一个出现元素o的位置.
 *  Object removeint(int index)删除指定位置的元素
 *  Object set(int index,Object element)用元素element取代位置index上的元素,返回被取代的元素

**LinkedList类**

LinkedList实现了List接口，允许null元素。此外LinkedList提供额外的get，remove，insert方法在LinkedList的首部或尾部。这些操作使LinkedList可被用作堆栈（stack），队列（queue）或双向队列（deque）。

注意LinkedList没有同步方法。**如果多个线程同时访问一个List，则必须自己实现访问同步**。一种解决方法是在创建List时构造一个同步的List：

List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));

**ArrayList类**

ArrayList实现了可变大小的数组。它允许所有元素，包括null。ArrayList没有同步。

size，isEmpty，get，set方法运行时间为常数。但是add方法开销为分摊的常数，添加n个元素需要O(n)的时间。其他的方法运行时间为线性。

每个ArrayList实例都有一个容量（Capacity），即用于存储元素的数组的大小。这个容量可随着不断添加新元素而自动增加，但是增长算法并没有定义。当需要插入大量元素时，在插入前可以调用ensureCapacity方法来增加ArrayList的容量以提高插入效率。

和LinkedList一样，ArrayList也是非同步的（unsynchronized）。

主要方法:

*  Boolean add(Object o)将指定元素添加到列表的末尾
 *  Boolean add(int index,Object element)在列表中指定位置加入指定元素
 *  Boolean addAll(Collection c)将指定集合添加到列表末尾
 *  Boolean addAll(int index,Collection c)在列表中指定位置加入指定集合
 *  Boolean clear()删除列表中所有元素
 *  Boolean clone()返回该列表实例的一个拷贝
 *  Boolean contains(Object o)判断列表中是否包含元素
 *  Boolean ensureCapacity(int m)增加列表的容量,如果必须,该列表能够容纳m个元素
 *  Object get(int index)返回列表中指定位置的元素
 *  Int indexOf(Object elem)在列表中查找指定元素的下标
 *  Int size()返回当前列表的元素个数

**Vector类**

Vector非常类似ArrayList，但是Vector是同步的。由Vector创建的Iterator，虽然和ArrayList创建的Iterator是同一接口，但是，因为Vector是同步的，当一个Iterator被创建而且正在被使用，另一个线程改变了Vector的状态（例如，添加或删除了一些元素），这时调用Iterator的方法时将抛出ConcurrentModificationException，因此必须捕获该异常。

**Stack 类**

Stack继承自Vector，实现一个后进先出的堆栈。Stack提供5个额外的方法使得Vector得以被当作堆栈使用。基本的push和pop方法，还有peek方法得到栈顶的元素，empty方法测试堆栈是否为空，search方法检测一个元素在堆栈中的位置。Stack刚创建后是空栈。

**Set接口**

**Set是一种不包含重复的元素的Collection**，即任意的两个元素e1和e2都有e1.equals(e2)=false，Set最多有一个null元素。

很明显，Set的构造函数有一个约束条件，传入的Collection参数不能包含重复的元素。

请注意：必须小心操作可变对象（Mutable Object）。如果一个Set中的可变元素改变了自身状态导致Object.equals(Object)=true将导致一些问题。

**Map接口**

请注意，Map没有继承Collection接口，Map提供key到value的映射。一个Map中不能包含相同的key，每个key只能映射一个value。Map接口提供3种集合的视图，Map的内容可以被当作一组key集合，一组value集合，或者一组key-value映射。

主要方法:

*  boolean equals(Object o)比较对象
 *  boolean remove(Object o)删除一个对象
 *  put(Object key,Object value)添加key和value

**Hashtable类**

Hashtable继承Map接口，实现一个key-value映射的哈希表。任何非空（non-null）的对象都可作为key或者value。

添加数据使用put(key, value)，取出数据使用get(key)，这两个基本操作的时间开销为常数。

Hashtable通过initial capacity和load factor两个参数调整性能。通常缺省的load factor 0.75较好地实现了时间和空间的均衡。增大load factor可以节省空间但相应的查找时间将增大，这会影响像get和put这样的操作。

使用Hashtable的简单示例如下，将1，2，3放到Hashtable中，他们的key分别是”one”，”two”，”three”：

Hashtable numbers = new Hashtable();  
       numbers.put(“one”, new Integer(1));  
       numbers.put(“two”, new Integer(2));  
       numbers.put(“three”, new Integer(3));

要取出一个数，比如2，用相应的key：

Integer n = (Integer)numbers.get(“two”);  
       System.out.println(“two = ” + n);

由于作为key的对象将通过计算其散列函数来确定与之对应的value的位置，因此任何作为key的对象都必须实现hashCode和equals方法。hashCode和equals方法继承自根类Object，如果你用自定义的类当作key的话，要相当小心，按照散列函数的定义，如果两个对象相同，即obj1.equals(obj2)=true，则它们的hashCode必须相同，但如果两个对象不同，则它们的hashCode不一定不同，如果两个不同对象的hashCode相同，这种现象称为冲突，冲突会导致操作哈希表的时间开销增大，所以尽量定义好的hashCode()方法，能加快哈希表的操作。

如果相同的对象有不同的hashCode，对哈希表的操作会出现意想不到的结果（期待的get方法返回null），要避免这种问题，只需要牢记一条：要同时复写equals方法和hashCode方法，而不要只写其中一个。

Hashtable是同步的。

**HashMap类**

HashMap和Hashtable类似，不同之处在于HashMap是非同步的，并且允许null，即null value和null key。，但是将HashMap视为Collection时（values()方法可返回Collection），其迭代子操作时间开销和HashMap的容量成比例。因此，如果迭代操作的性能相当重要的话，不要将HashMap的初始化容量设得过高，或者load factor过低。

**WeakHashMap类**

WeakHashMap是一种改进的HashMap，它对key实行“弱引用”，如果一个key不再被外部所引用，那么该key可以被GC回收。

**总结**

如果涉及到堆栈，队列等操作，应该考虑用List，对于需要快速插入，删除元素，应该使用LinkedList，如果需要快速随机访问元素，应该使用ArrayList。

如果程序在单线程环境中，或者访问仅仅在一个线程中进行，考虑非同步的类，其效率较高，如果多个线程可能同时操作一个类，应该使用同步的类。

要特别注意对哈希表的操作，作为key的对象要正确复写equals和hashCode方法。

尽量返回接口而非实际的类型，如返回List而非ArrayList，这样如果以后需要将ArrayList换成LinkedList时，客户端代码不用改变。这就是针对抽象编程。

参考：

在java中可能很多人都会忽略数据结构（类似树，跳跃表等），大家都比较熟悉链表，数组，栈，队列，哈希表等。最近看了jdk中关于树和跳跃表等的实现，其实数据结构真的是基础，有兴趣的java程序员可以翻开jdk的代码仔细阅读下面几种数据结构的学习。   
   
 TreeMap: **红黑树**   [http://v.163.com/movie/2010/12/9/J/M6UTT5U0I\_M6V2TJ49J.html][http_v.163.com_movie_2010_12_9_J_M6UTT5U0I_M6V2TJ49J.html]  这里有网易公开课的教学视频   
 PriorityQueue：**最小堆**  比较简单的一种实现，queue\[n\]的左右儿子是queue\[2\*n+1\]和queue\[2\*n+2\]，每次根据排序类取第一个queue\[0\],然后把queue\[size-1\]作为树跟执行siftDown，插入的时候是直接赋值queue\[size\]=alue，然后再执行siftUp操作。    
 ConcurrentSkipListMap：跳跃表实现  [http://v.163.com/movie/2010/12/7/S/M6UTT5U0I\_M6V2TTJ7S.html][http_v.163.com_movie_2010_12_7_S_M6UTT5U0I_M6V2TTJ7S.html]  有意思的是每次插入一个键值对之后，都是根据随机值更新这个结点的索引结点。   
 ArrayList：数组实现，每次需要扩增容量是int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1) ，最简单的实现了，也比较常用了。   
 HashMap： **哈希表**  冲突解决方法就是链表了。不知到有没有其他数据结构是用线性查找法等其他冲突解决方法。   
 HashSet：内部使用的是Hashap来处理重复元素去除的，比较简单实用的方法。   
 LinkedHashMap ：**单向链表实现了**   
 LinkedHashSet： 内部使用LinkedHashMap   
 LinkedList：**双向链表实现**     
 ArrayDeque ：**队列**，其实也是数组，加上头尾索引   
 Stack：**栈** 也是用数组来模拟栈   
   
 在java中有什么其他的数据结构欢迎大家多多留言，后续我看到也会再做整理。

[http_v.163.com_movie_2010_12_9_J_M6UTT5U0I_M6V2TJ49J.html]: http://v.163.com/movie/2010/12/9/J/M6UTT5U0I_M6V2TJ49J.html
[http_v.163.com_movie_2010_12_7_S_M6UTT5U0I_M6V2TTJ7S.html]: http://v.163.com/movie/2010/12/7/S/M6UTT5U0I_M6V2TTJ7S.html