《码出高效 Java开发手册》第六章数据结构与集合

码云: https://gitee.com/forxiaoming/JavaBaseCode/blob/master/EasyCoding/src/collection/index.md

6.1 数据结构

1. 数据结构定义:

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;

1.1. 数据组织方式:

树: 二叉树, 三叉树, B+ 树等;
图: 有向图, 无向图;
队列: 先进先出的线性结构;
哈希: 根据某种算法直接定位的数据组织方式;

1.2. 数据处理方式:
在既定的数据组织方式上, 以某种特定的算法实现数据的增删改查和遍历.
不同数据处理方式存在巨大的性能差异;

2. 数据结构分类

线性结构: 0至1个直接前继和直接后继;

包括顺序表、链表、栈、队列等,栈和队列是访问受限的结构;
栈是 LIFO (Last-In, First-Out), 队列是FIFO (First-In, First-Out);
树结构: 0至1个直接前继和 0至n个直接后继(n大于或等于2);

结构稳定均衡;
图结构: 0 至n 个直接前继和直接后继（ n大于或等于2 ）;
哈希结构: 没有直接前继和直接后继;

通过某种特定的哈希行数将索引与存储的值关联起来; 查找效率非常高;
数据结构复杂度: 空间复杂度, 时间复杂度; 算法时间复杂度是衡量计算性能的指标

6.2 集合框架

6.2.1 List集合

线性数据结构; ArrayList和LinkedList;
ArrayList 容量可变, 非线程安全集合;扩容问题(内部使用数组进行存储,
集合扩容时会创建更大的数组空间, 把原有的数据复制到新数组中);
插入删除数据慢(因为过程中可能需要移动其他元素), 但是索引数据快;
LinkedList 是双向列表;相比ArrayList, 插入删除速度快, 随机访问速度慢;

6.2.2 Queue集合

队列是以中先进先出的数据结构; FIFO , 一端获取一端插入数据, 特殊线性表;

BlockingQueue (阻塞队列)

6.2.3 Map 集合

K-V键值对为存储元素实现的哈希结构; K 唯一,V 可重复;

keySet() 查看所有K, values() 查看所有V, entrySet() 查看所有K-V;

最早的Hashtable已经被淘汰(因性能瓶颈);

HashMap 线程不安全;

ConcurrentMap 线程安全(并发包);

TreeMap 是Key有序的Map集合

6.2.4 Set 集合

Set 不允许出现重复元素;

HashSet 从源码分析是使用HashMap事项, Value 固定为一个静态对象, Key 保证元素唯一, 不保证顺序;

TreeSet 由TreeMap实现; 树结构, 保证集合顺序;

LinkedHashSet 继承 HashSet; 内部使用链表维护元素插入顺序;

6.3 集合初始化

CollectionInitialization.Java

初始化通常进行内存分配、设置特定参数等工作;

ArrayList 默认为10个容量; 每次扩容调用Array.copyOf(), 创建新数组再复制;
创建对象就直接分配大小避免额外开销;

    /**
     * Default initial capacity.
     */
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

HashMap 的 Capacity 决定了存储容量大小, 默认16; Load Factor 决定填充比例, 默认0.75;
基于这两个的乘积, HashMap 内部用threshold存储

    /* ---------------- Public operations -------------- */

    /**
     * Constructs an empty <tt>HashMap</tt> with the specified initial
     * capacity and load factor.
     *
     * @param  initialCapacity the initial capacity
     * @param  loadFactor      the load factor
     * @throws IllegalArgumentException if the initial capacity is negative
     *         or the load factor is nonpositive
     */
    public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
                                               initialCapacity);
        if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
            initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
            throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
                                               loadFactor);
        this.loadFactor = loadFactor;
        this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
    }

    /**
     * The default initial capacity - MUST be a power of two.
     */
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16

HashMap 容量不会在new的时候分配, 而是在第一次map后创建;

HashMap 容量大于2的幂;

6.4 数组与集合

数组是一种顺序表. 在Java体系中数组用于存储同一类型的对象; 一旦分配内存不可扩容;

NegativeArraySizeException;

对于动态大小的数组, 集合提供了 Vector (线程安全, 但性能较差, 已启用) 和 ArrayList (线程不安全);

数组遍历推荐jdk1.5引进的foreach方式; 也可使用jdk8 的lambda遍历;

针对数组对象操作的工具类: Arrays;

数组转集合: Arrays.asList(); 适配器模式; 返回的是Arrays的内部类, 即修改(set)集合(list)元素, 原数组元素也随之改变
, 但没有实现修改集合个数(add/remove/clear)的相关方法, 抛出UnsuppotedOperationException;

    public static <T> List<T> asList(T... a) {
        // 此处 ArrayList 为Arrays的一个内部类, 并非java.util.ArrayList
        return new ArrayList<>(a);
    }

避免修改问题:

List<Object> objectList = new java.util.ArrayList<Object>(Arrays.asList(数组));

集合转数组: toArray(T[] array) ; 注意传入类型T一致 (数组长度小于集合长度问题)

6.5 集合与泛型

List / List
List<?> 通配符集合,赋值之后就不可以随便添加元素; 但是可以remove()和clear();
一般作为参数来接收外部的集合, 或者返回一个不知道具体元素类型的集合.
List 只能放置一中类型, 如果随意转换类型, 会造成 "破窗理论"
List<? extends T>, 适合 Get First;
List<? super T> , 适合Put First;