JAVA的主要集合类的数据结构

集合类的大致分类:List,Map和Set。

一、 List

  1. ArrayList

    ArrayList维护着一个对象数组。如果调用new ArrayList()后,它会默认初始一个size=10的数组。
    每次add操作都要检查数组容量,如果不够,重新设置一个初始容量1.5倍大小的新数组,然后再把每个元素copy过去。
    在数组中间插入或删除,都要移动后面的所有元素。(使用System.arraycopy())
  2. LindedList
    LinkedList的实现是一个双向链表。每个节点除含有元素外,还包含向前,向后的指针。
    新建一个LinkedList,生成一个头节点(header,就是一个头指针),它的元素为null。

    它自包含,next和previous指针都指向自己。执行add(Object obj)方法后,会生成一个新节点:

    Header节点的next指向链表的第一个节点,previous指向链表的最后一个节点,在这里都是first。再增加一个对象,它的形状像下面这样:

    现在是一个标准的双向链表形状。每个节点都有自己的next和previous指针。增加节点,只会对链表的指针进行操作,速度快。
    LinkedList实现了Deque,所以它有双向队列的特征,在链表两端可增删数据。使用index查找对象时,会以index和size/2比较,从前或从后向中间搜索。ListIterator可向前或向后迭代。
    比较ArrayList和LinkedList的结构,就可以得出:
    (1) ArrayList的remove和add(index, Object)操作代价高,需要移动后面的每个元素。
    (2) LinkedList的get(index)操作代价高,它要先循环遍历list,找到Object

二、 Map

  1. HashMap
    HashMap的结构是一个散列桶,初始化时生成如下结构:

    每个bucket包含一个Entry(map自定义的一种结构,包含一个往后的指针)的链表。在put(key, value)后,它的结构如下:

    将key的hashcode再次散列,然后用这个hash和length-1进行按位与操作,得到bucket的index,然后检查当前bucket的链表,有没有这个key,如果有替换value,没有则跟在链表的最后。
    允许key和value都可以是null
    Index=0的bucket存key=null的value,也可以是其它hashcode为0的项。
    初始容量必须为2的幂次(我的理解是,在生成index的时候有这样的代码:hase ^ (length - 1)),length – 1的二进制代码为全1,则容易进行hash的设计)。
    如果两个key散列后的index一样的话,第一个key生成的Entry先存在桶中,第二个key生成的Entry会将第一个Entry设为自己的next,串起来。(如图中,先put(yy, “first”),会将这个Entry设为bucket的第一项,后put(xx,”second”),则生成新Entry,它的next为key为yy的Entry,生成一个链表)。
    在put操作中,会比较threshold(capacity * load_factor,一个临界值),如果size > threshold的话,生成一个当前bucket两倍数量的buckets,然后把现有的数据重新散列到新bucket中。
    对HashMap迭代时,返回数据的顺序是:index从0到length-1,循环遍历每个bucket,把不为null的数据取出,每个bucket内的顺序由链表的顺序决定。而不是由插入数据决定。
  2. LinkedHashMap
    上面说过,Map的迭代不由插入顺序决定。如果要保持这种顺序呢?就要新增加一种结构来保持。

    LinkedHashMap是HashMap的子类,增加一个双向链表,用来存储每个新加入的节点。在遍历时,按链表的顺序进行。其实差不多就是上面HashMap和LinkedList的和吧。

三、Set

  1. HashSet
    HashSet使用HashMap来保持元素。Key = 元素,value是一个公有的对象,对每个元素都一样,在HashMap里面key是惟一的,当然很适合于构造set集合。等同于用HashMap包装了次,显示Set自己的特性。
    最后还要提到集合类里面一个很重要的类:Collections,它有很多自己独特的静态方法。当然它主要提供几种特殊集合(List, Map,Set),可以调用静态方法来获得:Unmodifiable(不可修改集合,不可添加或删除元素),Synchronize(保持同步集合,它的基本每个方法都加锁,防止并发操作),Checked(声明之始传入特定类型,以后的操作都会验证加入元素是否属于已定类型),Singleton(集合中只包含一个元素)。它们都是通过包装集合类中的抽象类获得,产生不同的行为。
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