詳細(xì)介紹java中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
也許你已經(jīng)熟練使用了java.util包里面的各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，但是我還是要說一說java版數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法，希望對(duì)你有幫助。
線性表，鏈表，哈希表是常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行Java開發(fā)時(shí)，JDK已經(jīng)為我們提供了一系列相應(yīng)的類來實(shí)現(xiàn)基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這些類均在java.util包中。本文試圖通過簡(jiǎn)單的描述，向讀者闡述各個(gè)類的作用以及如何正確使用這些類。
Collection
├List
│├LinkedList
│├ArrayList
│└Vector
│ └Stack
└Set
Map
├Hashtable
├HashMap
└WeakHashMap
Collection接口
Collection是最基本的集合接口，一個(gè)Collection代表一組Object，即Collection的元素（Elements）。一些Collection允許相同的元素而另一些不行。一些能排序而另一些不行。Java SDK不提供直接繼承自Collection的類，Java SDK提供的類都是繼承自Collection的“子接口”如List和Set。
所有實(shí)現(xiàn)Collection接口的類都必須提供兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)造函數(shù)：無參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)用于創(chuàng)建一個(gè)空的Collection，有一個(gè)Collection參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)用于創(chuàng)建一個(gè)新的Collection，這個(gè)新的Collection與傳入的Collection有相同的元素。后一個(gè)構(gòu)造函數(shù)允許用戶復(fù)制一個(gè)Collection。
如何遍歷Collection中的每一個(gè)元素？不論Collection的實(shí)際類型如何，它都支持一個(gè)iterator()的方法，該方法返回一個(gè)迭代子，使用該迭代子即可逐一訪問Collection中每一個(gè)元素。典型的用法如下：
- Iterator it = collection.iterator(); // 獲得一個(gè)迭代子
- while(it.hasNext()) {
- Object obj = it.next(); // 得到下一個(gè)元素
- }
由Collection接口派生的兩個(gè)接口是List和Set。
主要方法:
- boolean add(Object o)添加對(duì)象到集合
- boolean remove(Object o)刪除指定的對(duì)象
- int size()返回當(dāng)前集合中元素的數(shù)量
- boolean contains(Object o)查找集合中是否有指定的對(duì)象
- boolean isEmpty()判斷集合是否為空
- Iterator iterator()返回一個(gè)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)將集合c中所有的元素添加給該集合
- void clear()刪除集合中所有元素
- void removeAll(Collection c)從集合中刪除c集合中也有的元素
- void retainAll(Collection c)從集合中刪除集合c中不包含的元素
List接口
List是有序的Collection，使用此接口能夠精確的控制每個(gè)元素插入的位置。用戶能夠使用索引（元素在List中的位置，類似于數(shù)組下標(biāo)）來訪問List中的元素，這類似于Java的數(shù)組。
和下面要提到的Set不同，List允許有相同的元素。
除了具有Collection接口必備的iterator()方法外，List還提供一個(gè)listIterator()方法，返回一個(gè)ListIterator接口，和標(biāo)準(zhǔn)的Iterator接口相比，ListIterator多了一些add()之類的方法，允許添加，刪除，設(shè)定元素，還能向前或向后遍歷。
實(shí)現(xiàn)List接口的常用類有LinkedList，ArrayList，Vector和Stack。
主要方法:
- void add(int index,Object element)在指定位置上添加一個(gè)對(duì)象
- boolean addAll(int index,Collection c)將集合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)返回第一個(gè)出現(xiàn)元素o的位置.
- Object removeint(int index)刪除指定位置的元素
- 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類
LinkedList實(shí)現(xiàn)了List接口，允許null元素。此外LinkedList提供額外的get，remove，insert方法在LinkedList的首部或尾部。這些操作使LinkedList可被用作堆棧（stack），隊(duì)列（queue）或雙向隊(duì)列（deque）。
注意LinkedList沒有同步方法。如果多個(gè)線程同時(shí)訪問一個(gè)List，則必須自己實(shí)現(xiàn)訪問同步。一種解決方法是在創(chuàng)建List時(shí)構(gòu)造一個(gè)同步的List：
- List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));
ArrayList類
ArrayList實(shí)現(xiàn)了可變大小的數(shù)組。它允許所有元素，包括null。ArrayList沒有同步。
size，isEmpty，get，set方法運(yùn)行時(shí)間為常數(shù)。但是add方法開銷為分?jǐn)偟某?shù)，添加n個(gè)元素需要O(n)的時(shí)間。其他的方法運(yùn)行時(shí)間為線性。
每個(gè)ArrayList實(shí)例都有一個(gè)容量（Capacity），即用于存儲(chǔ)元素的數(shù)組的大小。這個(gè)容量可隨著不斷添加新元素而自動(dòng)增加，但是增長(zhǎng)算法并沒有定義。當(dāng)需要插入大量元素時(shí)，在插入前可以調(diào)用ensureCapacity方法來增加ArrayList的容量以提高插入效率。
和LinkedList一樣，ArrayList也是非同步的（unsynchronized）。
主要方法:
- Boolean add(Object o)將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)將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()刪除列表中所有元素
- Boolean clone()返回該列表實(shí)例的一個(gè)拷貝
- Boolean contains(Object o)判斷列表中是否包含元素
- Boolean ensureCapacity(int m)增加列表的容量,如果必須,該列表能夠容納m個(gè)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標(biāo)
- Int size()返回當(dāng)前列表的元素個(gè)數(shù)
Vector類
Vector非常類似ArrayList，但是Vector是同步的。由Vector創(chuàng)建的Iterator，雖然和ArrayList創(chuàng)建的Iterator是同一接口，但是，因?yàn)閂ector是同步的，當(dāng)一個(gè)Iterator被創(chuàng)建而且正在被使用，另一個(gè)線程改變了Vector的狀態(tài)（例如，添加或刪除了一些元素），這時(shí)調(diào)用Iterator的方法時(shí)將拋出ConcurrentModificationException，因此必須捕獲該異常。
Stack 類
Stack繼承自Vector，實(shí)現(xiàn)一個(gè)后進(jìn)先出的堆棧。Stack提供5個(gè)額外的方法使得Vector得以被當(dāng)作堆棧使用?；镜膒ush和pop方法，還有peek方法得到棧頂?shù)脑?，empty方法測(cè)試堆棧是否為空，search方法檢測(cè)一個(gè)元素在堆棧中的位置。Stack剛創(chuàng)建后是空棧。
Set接口
Set是一種不包含重復(fù)的元素的Collection，即任意的兩個(gè)元素e1和e2都有e1.equals(e2)=false，Set最多有一個(gè)null元素。
很明顯，Set的構(gòu)造函數(shù)有一個(gè)約束條件，傳入的Collection參數(shù)不能包含重復(fù)的元素。
請(qǐng)注意：必須小心操作可變對(duì)象（Mutable Object）。如果一個(gè)Set中的可變?cè)馗淖兞俗陨頎顟B(tài)導(dǎo)致Object.equals(Object)=true將導(dǎo)致一些問題。
Map接口
請(qǐng)注意，Map沒有繼承Collection接口，Map提供key到value的映射。一個(gè)Map中不能包含相同的key，每個(gè)key只能映射一個(gè)value。Map接口提供3種集合的視圖，Map的內(nèi)容可以被當(dāng)作一組key集合，一組value集合，或者一組key-value映射。
主要方法:
- boolean equals(Object o)比較對(duì)象
- boolean remove(Object o)刪除一個(gè)對(duì)象
- put(Object key,Object value)添加key和value
Hashtable類
Hashtable繼承Map接口，實(shí)現(xiàn)一個(gè)key-value映射的哈希表。任何非空（non-null）的對(duì)象都可作為key或者value。
添加數(shù)據(jù)使用put(key, value)，取出數(shù)據(jù)使用get(key)，這兩個(gè)基本操作的時(shí)間開銷為常數(shù)。
Hashtable通過initial capacity和load factor兩個(gè)參數(shù)調(diào)整性能。通常缺省的load factor 0.75較好地實(shí)現(xiàn)了時(shí)間和空間的均衡。增大load factor可以節(jié)省空間但相應(yīng)的查找時(shí)間將增大，這會(huì)影響像get和put這樣的操作。
使用Hashtable的簡(jiǎn)單示例如下，將1，2，3放到Hashtable中，他們的key分別是”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));
要取出一個(gè)數(shù)，比如2，用相應(yīng)的key：
- Integer n = (Integer)numbers.get(“two”);
- System.out.println(“two = ” + n);
由于作為key的對(duì)象將通過計(jì)算其散列函數(shù)來確定與之對(duì)應(yīng)的value的位置，因此任何作為key的對(duì)象都必須實(shí)現(xiàn)hashCode和equals方法。hashCode和equals方法繼承自根類Object，如果你用自定義的類當(dāng)作key的話，要相當(dāng)小心，按照散列函數(shù)的定義，如果兩個(gè)對(duì)象相同，即obj1.equals(obj2)=true，則它們的hashCode必須相同，但如果兩個(gè)對(duì)象不同，則它們的hashCode不一定不同，如果兩個(gè)不同對(duì)象的hashCode相同，這種現(xiàn)象稱為沖突，沖突會(huì)導(dǎo)致操作哈希表的時(shí)間開銷增大，所以盡量定義好的hashCode()方法，能加快哈希表的操作。
如果相同的對(duì)象有不同的hashCode，對(duì)哈希表的操作會(huì)出現(xiàn)意想不到的結(jié)果（期待的get方法返回null），要避免這種問題，只需要牢記一條：要同時(shí)復(fù)寫equals方法和hashCode方法，而不要只寫其中一個(gè)。
Hashtable是同步的。
HashMap類
HashMap和Hashtable類似，不同之處在于HashMap是非同步的，并且允許null，即null value和null key。，但是將HashMap視為Collection時(shí)（values()方法可返回Collection），其迭代子操作時(shí)間開銷和HashMap的容量成比例。因此，如果迭代操作的性能相當(dāng)重要的話，不要將HashMap的初始化容量設(shè)得過高，或者load factor過低。
WeakHashMap類
WeakHashMap是一種改進(jìn)的HashMap，它對(duì)key實(shí)行“弱引用”，如果一個(gè)key不再被外部所引用，那么該key可以被GC回收。
總結(jié)
如果涉及到堆棧，隊(duì)列等操作，應(yīng)該考慮用List，對(duì)于需要快速插入，刪除元素，應(yīng)該使用LinkedList，如果需要快速隨機(jī)訪問元素，應(yīng)該使用ArrayList。
如果程序在單線程環(huán)境中，或者訪問僅僅在一個(gè)線程中進(jìn)行，考慮非同步的類，其效率較高，如果多個(gè)線程可能同時(shí)操作一個(gè)類，應(yīng)該使用同步的類。
要特別注意對(duì)哈希表的操作，作為key的對(duì)象要正確復(fù)寫equals和hashCode方法。
盡量返回接口而非實(shí)際的類型，如返回List而非ArrayList，這樣如果以后需要將ArrayList換成LinkedList時(shí)，客戶端代碼不用改變。這就是針對(duì)抽象編程。
希望對(duì)你有幫助。
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