java數據結構——必學容器知識

1、Iterator、ListIterator

1.1、Iterator

迭代器用於遍歷集合
它包含三個方法：

修飾與類型	方法與描述
boolean	hasNext() 如果仍有元素可以迭代，則返回true。
E	next() 返回迭代的下一個元素。
void	remove() 從迭代器指向的 collection 中移除迭代器返回的最後一個元素（可選操作）。

每一個集合都有自己的數據結構(就是容器中存儲數據的方式)，都有特定的取出自己內部元素的方式。爲了便於操作所有的容器，取出元素。將容器內部的取出方式按照一個統一的規則向外提供，這個規則就是Iterator接口，使得對容器的遍歷操作與其具體的底層實現相隔離，達到解耦的效果。

也就說，只要通過該接口就可以取出Collection集合中的元素，至於每一個具體的容器依據自己的數據結構，如何實現的具體取出細節，這個不用關心，這樣就降低了取出元素和具體集合的耦合性。

遍歷：

public static void main(String[] args) {
    List<String> list1 = new ArrayList<>();
    list1.add("abc0");
    list1.add("abc1");
    list1.add("abc2");

    // while循環方式遍歷
    Iterator it1 = list1.iterator();
    while (it1.hasNext()) {
        System.out.println(it1.next());
    }

    // for循環方式遍歷
    for (Iterator it2 = list1.iterator(); it2.hasNext(); ) {
        System.out.println(it2.next());
    }

}

使用Iterator迭代器進行刪除集合元素，則不會出現併發修改異常。
因爲：在執行remove操作時，同樣先執行checkForComodification()，然後會執行ArrayList的remove()方法，該方法會將modCount值加1，這裏我們將expectedModCount=modCount，使之保持統一。

1.2、ListIterator

功能更加強大，它繼承於Iterator接口，只能用於各種List類型的訪問。可以通過調用listIterator()方法產生一個指向List開始處的ListIterator， 還可以調用listIterator(n)方法創建一個一開始就指向列表索引爲n的元素處的ListIterator。

特點：

• 允許前後遍歷
• 遍歷時修改元素（set)
• 遍歷時獲取迭代器當前遊標所在位置

修飾與類型	方法與描述
void	add(E e) 將指定的元素插入到列表 （可選操作）。
boolean	hasNext() 如果此列表迭代器在前進方向還有更多的元素時，返回 true。
boolean	hasPrevious() 如果此列表迭代器在相反方向還有更多的元素時，返回 true。
E	next() 返回列表中的下一個元素和光標的位置向後推進。
int	nextIndex() 返回調用 next()後返回的元素索引。
E	previous() 返回列表中的上一個元素和光標的位置向前移動。
int	previousIndex() 返回調用previous() 後返回的元素索引 。
void	remove() 刪除列表中調用next()或previous()的返回最後一個元素。
void	set(E e) 用指定元素替換列表中調用next()或previous()的返回最後一個元素。

2、Collection

Java的集合類主要由兩個接口派生而出：Collection和Map，Collection和Map是Java集合框架的根接口，這兩個接口又包含了一些子接口或實現類。

Collection集合主要有List和Set兩大接口

• List：有序(元素存入集合的順序和取出的順序一致)，元素都有索引。元素可以重複。

• Set：無序(存入和取出順序有可能不一致)，不可以存儲重複元素。必須保證元素唯一性。

2.1、List

常用方法

ArrayList、LinkedList、Vector 的區別

	ArrayList	LinkedList	Vector
底層實現	數組	雙向鏈表	數組
同步性及效率	不同步，非線程安全，效率高，支持隨機訪問	不同步，非線程安全，效率高	同步，線程安全，效率低
特點	查詢快，增刪慢	查詢慢，增刪快	查詢快，增刪慢
默認容量	10	/	10
擴容機制	int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1)；//1.5 倍	/	2 倍

• 對於隨機訪問，數組的效率肯定是優於鏈表的
• LinkedList 不會出現擴容的問題，所以比較適合隨機位置增、刪。但是其基於鏈表實現，所以在定位時需要線性掃描，效率比較低。
• 當操作是在一列數據的後面添加數據而不是在前面或中間，並且需要隨機地訪問其中的元素時，使用ArrayList會提供比較好的性能；
• 當你的操作是在一列數據的前面或中間添加或刪除數據，並且按照順序訪問其中的元素時，就應該使用LinkedList了。

2.1.1、數組轉ArrayList問題

Arrays.asList轉換得到的ArrayList不是java.util.ArrayList


正確操作

public static void main(String[] args) {
    String[] arr = {"abc", "kk", "qq"};
	// 使用new ArrayList包裹一層
    List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList(arr));
    list.add("bb");
}

2.1.2、ArrayList擴容機制（大數據插入耗時問題）

https://blog.csdn.net/qq_41653935/article/details/105715617

2.2、Set (HashSet如何檢查重複)

Set集合元素無序(存入和取出的順序不一定一致)，並且沒有重複對象。
Set的主要實現類：HashSet， TreeSet。

HashSet、TreeSet、LinkedHashSet的區別

	HashSet	TreeSet	LinkedHashSet
底層實現	HashMap	紅黑樹	LinkedHashMap
重複性	不允許重複	不允許重複	不允許重複
有無序	無序	有序，支持兩種排序方式，自然排序和定製排序，其中自然排序爲默認的排序方式。	有序，以元素插入的順序來維護集合的鏈接表
時間複雜度	add()，remove()，contains()方法的時間複雜度是O(1)	add()，remove()，contains()方法的時間複雜度是O(logn)	LinkedHashSet在迭代訪問Set中的全部元素時，性能比HashSet好，但是插入時性能稍微遜色於HashSet，時間複雜度是 O(1)。
同步性	不同步，線程不安全	不同步，線程不安全	不同步，線程不安全
null值	允許null值	不支持null值，會拋出 java.lang.NullPointerException 異常。因爲TreeSet應用 compareTo() 方法於各個元素來比較他們，當比較null值時會拋出 NullPointerException異常。	允許null值
比較	equals()	compareTo()	equals()

HashSet如何檢查重複
HashSet會先計算對象的hashcode值來判斷對象加入的位置，同時也會與其他加入的對象的hashcode值作比較，如果沒有相符的hashcode，HashSet會假設對象沒有重複出現。但是如果發現有相同hashcode值的對象，這時會調用equals()方法來檢查hashcode相等的對象是否真的相同。如果兩者相同，HashSet就不會讓加入操作成功。

3、Map

Map 是一種把鍵對象和值對象映射的集合，它的每一個元素都包含一對鍵對象和值對象。
Map 的常用實現類：HashMap、TreeMap、HashTable、LinkedHashMap、ConcurrentHashMap

3.1、HashMap、HashTable、TreeMap的區別

• TreeMap：基於紅黑樹實現。
• HashMap：基於哈希表實現。
• HashTable：和 HashMap 類似，但它是線程安全的，這意味着同一時刻多個線程可以同時寫入 HashTable 並且不會導致數據不一致。它是遺留類，不應該去使用它。現在可以使用ConcurrentHashMap 來支持線程安全，並且 ConcurrentHashMap 的效率會更高，因爲 ConcurrentHashMap 引入了分段鎖。
• LinkedHashMap：使用雙向鏈表來維護元素的順序，順序爲插入順序或者最近最少使用（LRU）順序。

	HashMap	HashTable	TreeMap
底層實現	哈希表（數組+鏈表+紅黑樹）	哈希表（數組+鏈表）	紅黑樹
同步性	線程不同步	同步	線程不同步
null值	允許 key 和 Vale 是 null，但是隻允許一個 key 爲 null，且這個元素存放在哈希表 0 角標位置	不允許key、value 是 null	value允許爲null。 當未實現 Comparator 接口時，key 不可以爲null 當實現 Comparator 接口時，若未對 null 情況進行判斷，則可能拋 NullPointerException 異常。如果針對null情況實現了，可以存入，但是卻不能正常使用get()訪問，只能通過遍歷去訪問。
hash	使用hash(Object key)擾動函數對 key 的 hashCode 進行擾動後作爲 hash 值	直接使用 key 的 hashCode() 返回值作爲 hash 值
容量	容量爲 2^4 且容量一定是 2^n	默認容量是11，不一定是 2^n
擴容	兩倍，且哈希桶的下標使用 &運算代替了取模	2倍+1，取哈希桶下標是直接用模運算

3.2、HashMap—JDK1.8（紅黑樹）

不同	JDK 1.7	JDK 1.8
存儲結構	數組 + 鏈表	數組 + 鏈表 + 紅黑樹
初始化方式	單獨函數：inflateTable()	直接集成到了擴容函數resize()中
hash值計算方式	擾動處理 = 9次擾動 = 4次位運算 + 5次異或運算	擾動處理 = 2次擾動 = 1次位運算 + 1次異或運算
存放數據的規則	無衝突時，存放數組；衝突時，存放鏈表	無衝突時，存放數組；衝突 & 鏈表長度 < 8：存放單鏈表；衝突 & 鏈表長度 > 8：樹化並存放紅黑樹
插入數據方式	頭插法（先講原位置的數據移到後1位，再插入數據到該位置）	尾插法（直接插入到鏈表尾部/紅黑樹）
擴容後存儲位置的計算方式	全部按照原來方法進行計算（即hashCode ->> 擾動函數 ->> (h&length-1)）	按照擴容後的規律計算（即擴容後的位置=原位置 or 原位置 + 舊容量）

紅黑樹動畫演示，請看大佬博客：

https://blog.csdn.net/qq_26803795/article/details/106258368