動圖+源碼，演示 Java 中經常使用數據結構執行過程及原理

時間 2019-11-08

標籤源碼演示 java 中經常使數據結構執行過程原理欄目 Java 简体版

原文原文鏈接

閱讀本文大概須要 3.7 分鐘。

做者：大道方圓

cnblogs.com/xdecode/p/9321848.html

最近在整理數據結構方面的知識, 系統化看了下Java中經常使用數據結構, 突發奇想用動畫來繪製數據流轉過程.html

主要基於jdk8, 可能會有些特性與jdk7以前不相同, 例如LinkedList LinkedHashMap中的雙向列表再也不是迴環的.程序員

HashMap中的單鏈表是尾插, 而不是頭插入等等, 後文再也不贅敘這些差別, 本文目錄結構以下:面試

LinkedList

經典的雙鏈表結構, 適用於亂序插入, 刪除. 指定序列操做則性能不如ArrayList, 這也是其數據結構決定的.數組

add(E) / addLast(E)緩存

add(index, E)微信

這邊有個小的優化, 他會先判斷index是靠近隊頭仍是隊尾, 來肯定從哪一個方向遍歷鏈入.數據結構

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;        }

靠隊尾性能

get(index)學習

也是會先判斷index, 不過性能依然很差, 這也是爲何不推薦用for(int i = 0; i < lengh; i++)的方式遍歷linkedlist, 而是使用iterator的方式遍歷.優化

remove(E)

ArrayList

底層就是一個數組, 所以按序查找快, 亂序插入, 刪除由於涉及到後面元素移位因此性能慢.

add(index, E)

擴容

通常默認容量是10, 擴容後, 會length*1.5.

remove(E)

循環遍歷數組, 判斷E是否equals當前元素, 刪除性能不如LinkedList.

Stack

經典的數據結構, 底層也是數組, 繼承自Vector, 先進後出FILO, 默認new Stack()容量爲10, 超出自動擴容.

push(E)

pop()

後綴表達式

Stack的一個典型應用就是計算表達式如 9 + (3 - 1) * 3 + 10 / 2, 計算機將中綴表達式轉爲後綴表達式, 再對後綴表達式進行計算.

中綴轉後綴

數字直接輸出
棧爲空時，遇到運算符，直接入棧
遇到左括號, 將其入棧
遇到右括號, 執行出棧操做，並將出棧的元素輸出，直到彈出棧的是左括號，左括號不輸出。
遇到運算符(加減乘除)：彈出全部優先級大於或者等於該運算符的棧頂元素，而後將該運算符入棧
最終將棧中的元素依次出棧，輸出。

計算後綴表達

遇到數字時，將數字壓入堆棧
遇到運算符時，彈出棧頂的兩個數，用運算符對它們作相應的計算, 並將結果入棧
重複上述過程直到表達式最右端
運算得出的值即爲表達式的結果

隊列

與Stack的區別在於, Stack的刪除與添加都在隊尾進行, 而Queue刪除在隊頭, 添加在隊尾.

ArrayBlockingQueue

生產消費者中經常使用的阻塞有界隊列, FIFO.

put(E)

put(E) 隊列滿了

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

take()

當元素被取出後, 並無對數組後面的元素位移, 而是更新takeIndex來指向下一個元素.

takeIndex是一個環形的增加, 當移動到隊列尾部時, 會指向0, 再次循環.

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

最經常使用的哈希表, 面試的童鞋必備知識了, 內部經過數組 + 單鏈表的方式實現. jdk8中引入了紅黑樹對長度 > 8的鏈表進行優化, 咱們另外篇幅再講.

put(K, V)

put(K, V) 相同hash值

resize 動態擴容

當map中元素超出設定的閾值後, 會進行resize (length * 2)操做, 擴容過程當中對元素一通操做, 並放置到新的位置.

具體操做以下:

在jdk7中對全部元素直接rehash, 並放到新的位置.
在jdk8中判斷元素原hash值新增的bit位是0仍是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爲0的鏈，頭部和尾部    Node<K,V> loHead = null, loTail = null;    //原來的hash值新增的bit爲1的鏈，頭部和尾部    Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;    Node<K,V> next;    //循環遍歷出鏈條鏈    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);    //擴容先後位置不變的鏈    if (loTail != null) {        loTail.next = null;        newTab[j] = loHead;    }    //擴容後位置加上原數組長度的鏈    if (hiTail != null) {        hiTail.next = null;        newTab[j + oldCap] = hiHead;    }