圖解Java經常使用數據結構(一)

時間 2020-06-22

標籤圖解 java 經常使用數據結構欄目 Java 简体版

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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.面試

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.數組

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:緩存

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.數據結構

add(E) / addLast(E)性能

add(index, E)優化

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.動畫

 1         if (index < (size >> 1)) {  2             Node<E> x = first;  3             for (int i = 0; i < index; i++)  4                 x = x.next;  5             return x;  6         } else {  7             Node<E> x = last;  8             for (int i = size - 1; i > index; i--)  9                 x = x.prev; 10             return x; 11         }

靠隊尾this

get(index)spa

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.code

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

1         final ReentrantLock lock = this.lock; 2  lock.lockInterruptibly(); 3         try { 4             while (count == items.length) 5  notFull.await(); 6  enqueue(e); 7         } finally { 8  lock.unlock(); 9         }

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.

 1     private E dequeue() {  2         // assert lock.getHoldCount() == 1;  3         // assert items[takeIndex] != null;
 4         final Object[] items = this.items;  5         @SuppressWarnings("unchecked")  6         E x = (E) items[takeIndex];  7         items[takeIndex] = null;  8 if (++takeIndex == items.length)  9 takeIndex = 0; 10         count--; 11         if (itrs != null) 12  itrs.elementDequeued(); 13  notFull.signal(); 14         return x; 15     }

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".

 1     //定義兩條鏈  2     //原來的hash值新增的bit爲0的鏈，頭部和尾部
 3     Node<K,V> loHead = null, loTail = null;  4     //原來的hash值新增的bit爲1的鏈，頭部和尾部
 5     Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;  6     Node<K,V> next;  7     //循環遍歷出鏈條鏈
 8     do {  9         next = e.next; 10         if ((e.hash & oldCap) == 0) { 11             if (loTail == null) 12                 loHead = e; 13             else
14                 loTail.next = e; 15             loTail = e; 16  } 17         else { 18             if (hiTail == null) 19                 hiHead = e; 20             else
21                 hiTail.next = e; 22             hiTail = e; 23  } 24     } while ((e = next) != null); 25     //擴容先後位置不變的鏈
26     if (loTail != null) { 27         loTail.next = null; 28         newTab[j] = loHead; 29  } 30     //擴容後位置加上原數組長度的鏈
31     if (hiTail != null) { 32         hiTail.next = null; 33         newTab[j + oldCap] = hiHead; 34     }