数据结构与集合原码

1. 数据结构基本概念

1.1 概念

• 数据结构：一种程序设计优化的方法论，研究数据的“逻辑结构” 和 “物理结构” 以及它们之间的相互关系，并对这种结构定义相应的”运算“。目的是加快程序的执行速度、减少内存占用的空间

1.2 数据结构的研究对象

• 研究对象1：逻辑结构
  • 集合结构
  • 线性结构：一对一
  • 树形结构：一对多
  • 图形结构：多对多
• 研究对象2：物理结构（存储结构）
  • 顺序结构
  • 链式结构
  • 索引结构
  • 散列结
• 研究对象3：相关算法操作
  • 分配资源，建立结构，释放资源
  • 插入和删除
  • 获取和遍历
  • 修改和排序

2. 常见存储结构

2.1 数组

• 所有数据存储在一个连续的空间中，紧密排布，不能有间隔

2.2 链表

• 链表中基本单位：节点(Noad)

2.2.1 单向链表

class Node{Object data;Node next;public Node(Object data){this.data = data;}
}//创建对象
Node node1 = new Node("AA");
Node node2 = new Node("BB");
Node node3 = new Node("CC");
node1.next = node2;
node2.next = node3;

2.2.2 双向链表

class Node{Node pre;Object data;Node next;public Node(Object data){this.data = data;}public Node(Node pre, Object data, Node next){this.pre = pre;this.data = data;this.next = next;}
}//创建对象
Node node1 = new Node(null, "AA", null);
Node node2 = new Node(node1, "BB", null);
Node node3 = new Node(node2, "CC", null);
node1.next = node2;
node2.next = node3;

2.3 二叉树

class TreeNode{TreeNode left;Object data;TreeNode right;public TreeNode(Object data){this.data = data;}public TreeNode(TreeNode left, Object data, TreeNode right){this.left = left;this.data = data;this.right = right;}
}//创建对象
TreeNode node1 = new TreeNode(null, "AA", null);
TreeNode leftNode = new TreeNode(null, "BB", null);
TreeNode rightNode = new TreeNode(null, "CC", null);
node1.left = leftNode;
node1.right = rightNode;

2.4 栈(stack)

• 先进后出

• 特点：

  • 栈是抽象数据结构(ADT)
  • 可以用数组或链表构建

class Stack{Object[] values;int size;public Stack(int length){values = new Object[length];}//入栈public void push(Object o){if(size >= values.length){throw new RuntimeException("栈空间已满，入栈失败");}values[size] = o;size++;}//出栈public Object pop(){if(size <= 0){throw new RuntimeException("栈空间已空，出栈失败");}Object obj = values[size-1];values[size-1] = null;size--;return obj;}
}

2.5 队列

• 先进先出
• 特点：
  • 栈是抽象数据结构(ADT)
  • 可以用数组或链表构建

3. 二叉树

3.1 二叉树的遍历

• 先序遍历(根，左，右)：A,B,D,H,I,E,C,F,G
• 中序遍历(左，根，右)：H,D,I,B,E,A,F,C,G
• 后序遍历(左，右，根)：H,I,D,E,B,F,G,C,A

3.2 经典二叉树

• 二叉排序树（BST）

  • 左节点的数始终小于根节点，右节点的数始终大于根节点

    此时进行中序遍历，会得到有序集合

• 平衡二叉树（AVL） —— 满足是二叉排序树的条件下，具有以下特点

  • 左右两个子树的高度差的绝对值不超过1

• 红黑树 —— 满足是二叉排序树的条件下，具有以下特点

  • 每个节点是红色/黑色
  • 根节点是黑色
  • 每个叶子结点是黑色
  • 每个红色节点的两个子节点都是黑色
  • 从任一节点到其每个叶子的所有路径都包含相同数目的黑色节点

4. List实现类源码分析

4.1 ArrayList

• jdk7.0：类似（饿汉式）

  //创建对象：底层初始化数组，数组长度为10:Object[] elementData = new Object[10];
  ArrayList list = new ArrayList();//当添加元素长度达到10时，会扩容为原来的1.5倍，并将原来的数组复制到新的数组中
  

• jdk8.0：类似（懒汉式）

  //创建对象：底层初始化数组:Object[] elementData = new Object[]{};
  ArrayList list = new ArrayList();
  

4.2 LinkedList

• 不存在扩容问题

4.3 启示

• ArrayList：查找和添加效率高，时间复杂度O(1)

  ​ 删除和插入效率低，时间复杂度O(n)

• LinkedList：查找和添加效率低，时间复杂度O(n)

  ​ 删除和插入效率高，时间复杂度O(1)

5. HashMap实现类源码分析

5.1 jdk8与jdk7中的不同

• jdk8中，创建HashMap实例后，底层没有初始化table数组。当首次添加(key, value)时，进行判断，若发现table尚未初始化，则对数组进行初始化
• jdk8中，HashMap底层定义了Node内部类，替换jdk7中的Entry内部类。意味着，创建的数组是Node[]
• jdk8中，如果当前(key, value)经过一系列判断之后，可以添加到数组角标i中。——》如果此时 i 位置上有元素。在idk7中是将新的(key, value)指向已有的旧的元素（头插法）。而在jdk8中是旧的元素指向新的元素（尾插法）———— “七上八下”