java数据结构了解与集合学习

数据结构

数据结构是指逻辑意义上的数据组织方式及其相应的处理方式。

逻辑意义：数据结构的抽象表达非常丰富，而实际物理存储方式相对单一。比如：二叉树结构，在物理上可能也是基于链式存储的。

数据组织方式：

比如树、图、队列、 晗希等。树可以是二叉树、三叉树、 树等，图可以是有向图或无向图，队歹lj 是先

进先出的线性结构；晗希是根据某种算法直接定位的数据组织方式。

处理方式：调用算法进行增删改查处理。

数据结构的分类：

线性结构

树结构

图结构

哈希结构:

一个元素为链表的数组，综合了数组与链表的优点。

集合

程序 = 数据结构 + 算法

集合做为数据结构的载体，可对元素进行加工和输出，以一定的算法实现最基本的增删改查功能，因此集合是所有编程语言的基础。

从上图可以看出，集合分为实现Collection的Set、List、Queue和按照key-value存储的Map。

List集合

框架图：

由框架图可知，List常用的两个类为ArrayList和LinkedList。

ArrayList与LinkedList的区别：

数据结构：

ArrayList是基于数组实现的，LinkedList是基于双链表实现的。

功能：

LinkedList类不仅是List接口的实现类，可以根据索引来随机访问集合中的元素，除此之外，LinkedList还实现了Deque接口，Deque接口是Queue接口的子接口，它代表一个双向队列，这个接口具有队列和栈的性质，因此LinkedList可以作为双向队列 ，栈和List集合使用，功能强大。

效率：

Array是基于索引(index)的数据结构，它使用索引在数组中搜索和读取数据是很快的，可以直接返回数组中index位置的元素，因此在随机访问集合元素上有较好的性能。Array获取数据的时间复杂度是O(1),但是要插入、删除数据却是开销很大的，因为这需要移动数组中插入位置之后的的所有元素。

LinkedList的随机访问集合元素时性能较差，因为需要在双向列表中找到要index的位置，再返回；但在插入，删除操作是更快的。因为LinkedList不像ArrayList一样，不需要改变数组的大小，也不需要在数组装满的时候要将所有的数据重新装入一个新的数组，这是ArrayList最坏的一种情况，时间复杂度是O(n)，而LinkedList中插入或删除的时间复杂度仅为O(1)。ArrayList在插入数据时还需要更新索引（除了插入数组的尾部）。

内存：

LinkedList需要更多的内存，因为ArrayList的每个索引的位置是实际的数据，而LinkedList中的每个节点中存储的是实际的数据和前后节点的位置。

Set集合

Set（接口） 添加到 Set 的每个元素都必须是独一无二的；否则Set 就不会添加重复的元素。添加到 Set 里

的对象必须定义equals()，从而建立对象的唯一性。Set 拥有与 Collection 完全相同的接口。一个 Set不能

保证自己可按任何特定的顺序维持自己的元素

HashSet＊ 用于除非常小的以外的所有Set。对象也必须定义 hashCode()

TreeSet 由一个“红黑树”后推得到的顺序 Set。这样一来，我们就可以从一个Set 里提到一个

顺序集合

Set框架

由Set框架可知，Set主要分为TreeSet和HashSet以及HashSet的继承类LinkedHashSet

HashSet:

HashSet按Hash算法来存储集合中的元素，因此具有很好的存取和查找性能。底层数据结构是哈希表结构。

内部存储机制

当向HashSet集合中存入一个元素时，HashSet会调用该对象的hashCode方法来得到该对象的hashCode值，然后根据该hashCode值决定该对象在HashSet中的存储位置。如果有两个元素通过equals方法比较true，但它们的hashCode方法返回的值不相等，HashSet将会把它们存储在不同位置，依然可以添加成功。

也就是说。HashSet集合判断两个元素的标准是两个对象通过equals方法比较相等，并且两个对象的hashCode方法返回值也相等。

HashSet的特点：

无序不可重复，值可以为null；

靠元素重写hashCode方法和equals方法来判断两个元素是否相等，如果相等则覆盖原来的元素，依此来确保元素的唯一性

LinkedHashSet

LinkedHashSet集合也是根据元素的hashCode值来决定元素的存储位置，但它同时使用链表维护元素的次序，这样使得元素看起来是以插入的顺序保存的，也就是说当遍历集合LinkedHashSet集合里的元素时，集合将会按元素的添加顺序来访问集合里的元素。

因此：

LinkedHashSet是hash表结构，有序不可重复的。可以放入null

TreeSet

由Set框架图可知，TreeSet除了与HashSet一样继承了AbstractSet外，也实现了SortedSet接口。因此TreeSet可以确保集合元素出于有序状态。

内部存储机制

TreeSet内部实现的数据结构是树结构-红黑二叉树，默认排序为从小到大。

TreeSet的特点：

红黑二叉树结构，有序不可重复，可排序，不能存入null值。

与HashSet集合相比，TreeSet还提供了几个额外方法：

• Comparator comparator():

  如果TreeSet采用了定制顺序，则该方法返回定制排序所使用的Comparator，如果TreeSet采用自然排序，则返回null；

• Object first()

  :返回集合中的第一个元素；

• Object last():

  返回集合中的最后一个元素；

• Object lower(Object e)

  ：返回指定元素之前的元素。

• Object higher(Object e)

  ：返回指定元素之后的元素。

• SortedSet subSet（Object fromElement，Object toElement）：

  返回此Set的子集合，含头不含尾；

• SortedSet headSet(Object toElement)

  ：返回此Set的子集，由小于toElement的元素组成；

• SortedSet tailSet(Object fromElement)

  ：返回此Set的子集，由大于fromElement的元素组成;

Queue集合

队列，这里不多介绍

Collections

Collections则是集合类的一个工具类/帮助类，其中提供了一系列静态方法，用于对集合中元素进行排序、搜索以及线程安全等各种操作。

《java编程思想》内使用Collections概括：

boolean add(Object) ＊保证集合内包含了自变量。如果它没有添加自变量，就返回 false（假）

boolean addAll(Collection) ＊添加自变量内的所有元素。如果没有添加元素，则返回 true（真）

void clear() ＊删除集合内的所有元素

boolean contains(Object) 若集合包含自变量，就返回“真”

boolean containsAll(Collection) 若集合包含了自变量内的所有元素，就返回“真”

boolean isEmpty() 若集合内没有元素，就返回“真”

Iterator iterator() 返回一个反复器，以用它遍历集合的各元素

boolean remove(Object) ＊如自变量在集合里，就删除那个元素的一个实例。如果已进行了删除，就返回

“真”

boolean removeAll(Collection) ＊删除自变量里的所有元素。如果已进行了任何删除，就返回“真”

boolean retainAll(Collection) ＊只保留包含在一个自变量里的元素（一个理论的“交集”）。如果已进

行了任何改变，就返回“真”

int size() 返回集合内的元素数量

Object[] toArray() 返回包含了集合内所有元素的一个数组

＊这是一个“可选的”方法，有的集合可能并未实现它。若确实如此，该方法就会遇到一个

Map集合

学习map集合，应该首先了解map的数据结构:hash表结构。

Map的框架图如下：

由框架图可知，Map主要分为HashMap和TreeMap,以及集成HashMap的LinkedHashMap。

JDK 1.8 对 HashMap 进行了比较大的优化，底层实现由之前的 “数组+链表” 改为 “数组+链表+红黑树”，

即当链表的长度较少时依然是链表结构，而当链表长度大于8后，会转为红黑树。

如下：

详细的HashMap教程：https://blog.csdn.net/v123411739/article/details/78996181

HashMap常见问题：https://blog.csdn.net/v123411739/article/details/106324537