基本數據結構的比較

基本數據結構的比較

基本數據結構

1. 列表(List)

　　元素有放入順序，元素可重複。

數組實現(ArrayList類)

　　JDK8源碼中，初始長度是10，每次數組擴展都增長1/2左右。即：

private void grow(int minCapacity) {      //minCapacity爲size+1，每次add元素都要檢查
        int oldCapacity = elementData.length;   //擴展前數組的容量
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);   //擴展後數組的容量約爲原容量1.5倍
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

優勢：

　　能夠經過下標來訪問或者修改元素，對下標訪問的set和get時間複雜度爲O(1);

缺點:

1. 插入和刪除的花費開銷較大，除非變更是在ArrayList的末端進行。好比當在第一個位置前插入一個元素，那麼首先要把全部的元素日後移動一個位置；數組擴展時，須要將原數組的元素所有複製到新數組。
2. 數組要在連續的空間裏存儲集合的元素，因爲數據存儲是連續的，所以支持用下標訪問元素；

數組實現(Vector 類)

　　一樣基於數組實現，會在內存中開闢一塊連續的空間來存儲。ArrayList是非線程安全的，效率高；Vector是基於線程安全的，但效率低，而且是方法級別的同步，不是絕對的線程安全。
　　初始容量10，每次數組擴展到原來容量的2倍（每次擴充的容量大小是能夠設置的，而ArrayList類不支持設定）。

鏈表實現(LinkedList類)

　　每個元素存儲自己數據的同時還存儲上、下兩個元素的地址(雙向鏈表)。

優勢：

1. 新項的插入和現有項的刪除平均開銷很小O(1)（假設變更項的位置已知），所以提供了addFirst和removeFirst, addLast和removeLast, getFirst 和 getLast 等有效添加、刪除和訪問兩端的項的方法;
2. 能夠在非連續的內存空間裏面存儲一個集合的元素；

缺點：

1. 根據索引的訪問時間複雜度爲O(n)；
2. 存放相同多的數據，通常狀況下，數組佔用較小的內存，而鏈表還須要存放其前驅和後繼的空間。

2. 棧(Stack)

　　棧，在計算機中運用普遍，好比說JVM，它就是基於棧來執行指令的。棧是限制插入和刪除只能在一個位置上進行的表，該位置是表的末端，叫做棧頂，對棧的基本操做有push(進棧)和pop(出棧)，前者至關於插入，後者至關於刪除最後一個元素。棧有時又叫做LIFO(Last In First Out)表，即後進先出。

　　棧通常有兩種實現，全部操做時間複雜度O(1)：

• 棧的鏈表實現：利用LinkedList類，經過表頂端的元素插入和刪除。
• 棧的數組實現：模仿ArrayList類，和棧相關的有兩個元素，arrayList數組和topOfStack索引，初始狀態topOfStack==-1，每次進棧一個元素x，topOfStack增1並令arrayList[topOfStack]=x；每次出棧一個元素，咱們置返回值arrayList[topOfStack]，並令topOfStack減1。

3. 隊列(Queue)

　　對於隊列來講，元素只能從隊列尾插入，從隊列頭訪問和刪除。普通的隊列是一種先進先出(First In First Out，FIFO)的數據結構，而優先隊列中，元素都被賦予優先級。當訪問元素的時候，具備最高優先級的元素最早被刪除。
　　隊列也是表，通常有兩種實現，全部操做時間複雜度O(1)(優先隊列是經過大頂堆或者小頂堆實現)：

• 隊列的鏈表實現：利用LinkedList類，經過表尾端插入元素，前端刪除元素，並記錄隊列中元素個數currentSize。
• 隊列的數組實現：保留一個數組theArray以及位置front和back，表明隊列的兩端；同時還要記錄隊列中元素個數currentSize。要使一個元素x入隊，則currentSize和back增1，theArray[back]=x；要使一個元素出隊，咱們置返回值theArray[front]，且currentSize減1,、front增1。採用循環數組的方式，當front和back到達數組的尾端，他們又繞回開頭。

4. 集合(Set)

　　元素無放入順序，元素不可重複（注意：元素雖然無放入順序，可是元素在set中的位置是由該元素的HashCode決定的，其位置實際上是固定的）
　　Set接口有兩個實現類：HashSet和LinkedHashSet

• HashSet：(底層由HashMap實現)，HashSet類按照哈希算法來存取集合中的對象，存取速度比較快 ，存入HashSet的對象必須定義hashCode()和equals()來確保對象的惟一性。
• LinkedHashSet：具備HashSet的查詢速度，且內部使用鏈表維護元素的順序(插入的次序)。因而在使用迭代器遍歷Set時，結果會按元素插入的次序顯示。

　　SortedSet接口有一個實現類：TreeSet 底層是經過 TreeMap來實現的（如同HashSet底層是是經過HashMap來實現的同樣），所以兩者的實現方式幾乎徹底同樣。

5. 映射（Map）

　　元素按鍵值對存儲，通常無放入順序，其中值能夠重複，但鍵是惟一的，不能重複。Map接口有三個實現類：HashMap，Hashtable，LinkeHashMap

• HashMap：基於散列表實現，使用對象的「散列碼」(hash code)來快速查詢（默認使用的是Object的equals()和hashCode()方法，所以若是須要以本身定義的對象做爲key，須要重寫這兩個方法，可是因爲String字符串的這兩個方法已經重寫，以字符串做爲key能夠不重寫），非線程安全，高效，容許有一個key設爲null，初始容量16，負載因子0.75（好比容量16，能夠存放16*0.75=12個數據，減小衝突），增長方式：通常old*2，因爲容許設置初始容量，同時要保證容量增長後要是2的指數，因此容量增長比較複雜，詳細看 http://www.cnblogs.com/xzwblog/p/7289952.html#_label2_0；
• Hashtable：一樣基於散列表實現，但線程安全（一樣是方法級別的同步），低效，不容許任何key設爲null，初始容量11，負載因子0.75，增長方式是old*2+1；
• LinkeHashMap：LinkedHashMap是HashMap的一個子類，它保留插入的順序。LinkedHashMap採用的hash算法和HashMap相同，可是它從新定義了數組中保存的元素Entry，該Entry除了保存當前對象的引用外，還保存了其上一個插入元素before和下一個插入元素after的引用，從而在哈希表的基礎上又構成了雙向連接列表。
• SortedMap接口的實現類：TreeMap 的實現是紅黑樹算法，每一個 Entry 都被當成「紅黑樹」的一個節點對待，對key進行排序。插入、刪除和查詢都比較慢，複雜度O(logN)，基於hash的複雜度通常爲O(1)。但TreeMap 中的全部 Entry 老是按 key 根據指定排序規則保持有序狀態，TreeSet 中全部元素老是根據指定排序規則保持有序狀態。

HashMap和Hashtable的hash值計算方式也不相同
　　HashMap的hash計算參考 http://www.cnblogs.com/xzwblog/p/7289952.html#_label2_0 ，速度更快。
　　Hashtable是直接使用對象的hashCode，而且計算在hash表中的索引時直接使用%，以下代碼：

int hash = key.hashCode();
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;

　　而且在高併發環境下，徹底能夠用ConcurrentHashMap來代替Hashtable。

　　還有一點不一樣：HashMap去掉了Hashtable 的contains方法，可是加上了containsValue（）和containsKey（）方法。

如何實現HashMap的同步？
　　HashMap能夠經過下面的語句進行同步：Map m = Collections.synchronizeMap(hashMap);，具體而言，該方法返回一個同步的Map，該Map封裝了底層的HashMap的全部方法，使得底層的HashMap即便是在多線程的環境中也是安全的。

比較

　　Collection、List、Set、Map都是接口，不能實例化。
　　JAVA集合只能存放引用類型的的數據，不能存放基本數據類型。
基本數據類類型：存的是數值自己，java中有四類八種基本數據類型，

• 第一類：整型 byte short int long
• 第二類：浮點型 float double
• 第三類：邏輯型 boolean
• 第四類：字符型 char

引用類型變量：存放的是數據的引用地址，並非數據的自己，引用類型變量是以間接方式去獲取數據。引用類型變量都指向對象，如：數組、類、字符串等。

　　Collection接口的經常使用方法：

• boolean add(Object o)
• void clear()
• boolean isEmpty()
• boolean contains(Object o)
• Iterartor iterator()
  
• boolean remove(Object o)
• int size()
  
• int hashCode();
• boolean equals(Object o);
• Object[] toArray() ： 返回一個數組，該數組中包括集合中的全部元素

　　List，Set是繼承自Collection接口，Map不是。因此記不清隊列和棧的添加和刪除函數時，一概用add和remove。

總結：

1. 若是涉及到堆棧，隊列等操做，應該考慮用List，對於須要快速插入，刪除元素，應該使用LinkedList，若是須要快速隨機訪問元素，應該使用ArrayList或者直接數組。
2. 若是程序在單線程環境中，或者訪問僅僅在一個線程中進行，考慮非同步的類，其效率較高，若是多個線程可能同時操做一個類，應該使用同步的類。
3. 在除須要排序時使用TreeSet,TreeMap外，都應使用HashSet,HashMap，由於他們的效率更高。
4. 要特別注意對哈希表的操做，做爲key的對象要正確複寫equals和hashCode方法。
5. 儘可能返回接口而非實際的類型，如返回List而非ArrayList，這樣若是之後須要將ArrayList換成LinkedList時，客戶端代碼不用改變。這就是面向接口編程。

注意：

一、Collection沒有get()方法來取得某個元素，只能經過iterator()遍歷元素。 二、Set和Collection擁有如出一轍的接口。 三、List，能夠經過get()方法來一次取出一個元素，使用數字來選擇一堆對象中的一個，get(0)...。(add/get)。 四、通常使用LinkedList構造棧stack、隊列queue。 五、Map用 put(k,v) / get(k)，還可使用containsKey()/containsValue()來檢查其中是否含有某個key/value。HashMap會利用對象的hashCode來快速找到key。 六、Map中元素，能夠將key序列、value序列單獨抽取出來。使用keySet()抽取key序列，將map中的全部keys生成一個Set。使用values()抽取value序列，將map中的全部values生成一個Collection。 　　爲何一個生成Set，一個生成Collection？那是由於，key老是獨一無二的，value容許重複。