動圖+原始碼，演示Java中常用資料結構執行過程及原理
最近在整理資料結構方面的知識, 系統化看了下Java中常用資料結構, 突發奇想用動畫來繪製資料流轉過程.
主要基於jdk8, 可能會有些特性與jdk7之前不相同, 例如LinkedList LinkedHashMap中的雙向列表不再是迴環的.
HashMap中的單鏈表是尾插, 而不是頭插入等等, 後文不再贅敘這些差異, 本文目錄結構如下:
LinkedList
經典的雙鏈表結構, 適用於亂序插入, 刪除. 指定序列操作則效能不如ArrayList, 這也是其資料結構決定的.
add(E) / addLast(E)
add(index, E)
這邊有個小的優化, 他會先判斷index是靠近隊頭還是隊尾, 來確定從哪個方向遍歷鏈入.
靠隊尾
get(index)
也是會先判斷index, 不過效能依然不好, 這也是為什麼不推薦用for(int i = 0; i < lengh; i++)的方式遍歷linkedlist, 而是使用iterator的方式遍歷.
remove(E)
ArrayList
底層就是一個數組, 因此按序查詢快, 亂序插入, 刪除因為涉及到後面元素移位所以效能慢.
add(index, E)
擴容
一般預設容量是10, 擴容後, 會length*1.5.
remove(E)
迴圈遍歷陣列, 判斷E是否equals當前元素, 刪除效能不如LinkedList.
Stack
經典的資料結構, 底層也是陣列, 繼承自Vector, 先進後出FILO, 預設new Stack()容量為10, 超出自動擴容.
push(E)
pop()
字尾表示式
Stack的一個典型應用就是計算表示式如 9 + (3 - 1) * 3 + 10 / 2, 計算機將中綴表示式轉為字尾表示式, 再對字尾表示式進行計算.
中綴轉字尾
- 數字直接輸出
- 棧為空時，遇到運算子，直接入棧
- 遇到左括號, 將其入棧
- 遇到右括號, 執行出棧操作，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。
- 遇到運算子(加減乘除)：彈出所有優先順序大於或者等於該運算子的棧頂元素，然後將該運算子入棧
- 最終將棧中的元素依次出棧，輸出。
計算字尾表達
- 遇到數字時，將數字壓入堆疊
- 遇到運算子時，彈出棧頂的兩個數，用運算子對它們做相應的計算, 並將結果入棧
- 重複上述過程直到表示式最右端
- 運算得出的值即為表示式的結果
佇列
與Stack的區別在於, Stack的刪除與新增都在隊尾進行, 而Queue刪除在隊頭, 新增在隊尾.
ArrayBlockingQueue
生產消費者中常用的阻塞有界佇列, FIFO.
put(E)
put(E) 佇列滿了
take()
當元素被取出後, 並沒有對陣列後面的元素位移, 而是更新takeIndex來指向下一個元素.
takeIndex是一個環形的增長, 當移動到佇列尾部時, 會指向0, 再次迴圈.
HashMap
最常用的雜湊表, 面試的童鞋必備知識了, 內部通過陣列 + 單鏈表的方式實現. jdk8中引入了紅黑樹對長度 > 8的連結串列進行優化, 我們另外篇幅再講.
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)操作, 擴容過程中對元素一通操作, 並放置到新的位置.
具體操作如下:
- 在jdk7中對所有元素直接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還是1, 0則索引不變, 1則索引變成"原索引 + oldTable.length".
LinkedHashMap
繼承自HashMap, 底層額外維護了一個雙向連結串列來維持資料有序. 可以通過設定accessOrder來實現FIFO(插入有序)或者LRU(訪問有序)快取.
put(K, V)
get(K)
accessOrder為false的時候, 直接返回元素就行了, 不需要調整位置.
accessOrder為true的時候, 需要將最近訪問的元素, 放置到隊尾.
removeEldestEntry 刪除最老的元素
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