基本数据结构的比较

基本数据结构的比较

基本数据结构

1. 列表(List)

　　元素有放入顺序，元素可重复。

数组实现(ArrayList类)

　　JDK8源码中，初始长度是10，每次数组扩展都增长1/2左右。即：

private void grow(int minCapacity) {      //minCapacity为size+1，每次add元素都要检查
        int oldCapacity = elementData.length;   //扩展前数组的容量
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);   //扩展后数组的容量约为原容量1.5倍
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

优势：

　　能够经过下标来访问或者修改元素，对下标访问的set和get时间复杂度为O(1);

缺点:

1. 插入和删除的花费开销较大，除非变更是在ArrayList的末端进行。好比当在第一个位置前插入一个元素，那么首先要把全部的元素日后移动一个位置；数组扩展时，须要将原数组的元素所有复制到新数组。
2. 数组要在连续的空间里存储集合的元素，因为数据存储是连续的，所以支持用下标访问元素；

数组实现(Vector 类)

　　一样基于数组实现，会在内存中开辟一块连续的空间来存储。ArrayList是非线程安全的，效率高；Vector是基于线程安全的，但效率低，而且是方法级别的同步，不是绝对的线程安全。
　　初始容量10，每次数组扩展到原来容量的2倍（每次扩充的容量大小是能够设置的，而ArrayList类不支持设定）。

链表实现(LinkedList类)

　　每个元素存储自己数据的同时还存储上、下两个元素的地址(双向链表)。

优势：

1. 新项的插入和现有项的删除平均开销很小O(1)（假设变更项的位置已知），所以提供了addFirst和removeFirst, addLast和removeLast, getFirst 和 getLast 等有效添加、删除和访问两端的项的方法;
2. 能够在非连续的内存空间里面存储一个集合的元素；

缺点：

1. 根据索引的访问时间复杂度为O(n)；
2. 存放相同多的数据，通常状况下，数组占用较小的内存，而链表还须要存放其前驱和后继的空间。

2. 栈(Stack)

　　栈，在计算机中运用普遍，好比说JVM，它就是基于栈来执行指令的。栈是限制插入和删除只能在一个位置上进行的表，该位置是表的末端，叫做栈顶，对栈的基本操做有push(进栈)和pop(出栈)，前者至关于插入，后者至关于删除最后一个元素。栈有时又叫做LIFO(Last In First Out)表，即后进先出。

　　栈通常有两种实现，全部操做时间复杂度O(1)：

• 栈的链表实现：利用LinkedList类，经过表顶端的元素插入和删除。
• 栈的数组实现：模仿ArrayList类，和栈相关的有两个元素，arrayList数组和topOfStack索引，初始状态topOfStack==-1，每次进栈一个元素x，topOfStack增1并令arrayList[topOfStack]=x；每次出栈一个元素，咱们置返回值arrayList[topOfStack]，并令topOfStack减1。

3. 队列(Queue)

　　对于队列来讲，元素只能从队列尾插入，从队列头访问和删除。普通的队列是一种先进先出(First In First Out，FIFO)的数据结构，而优先队列中，元素都被赋予优先级。当访问元素的时候，具备最高优先级的元素最早被删除。
　　队列也是表，通常有两种实现，全部操做时间复杂度O(1)(优先队列是经过大顶堆或者小顶堆实现)：

• 队列的链表实现：利用LinkedList类，经过表尾端插入元素，前端删除元素，并记录队列中元素个数currentSize。
• 队列的数组实现：保留一个数组theArray以及位置front和back，表明队列的两端；同时还要记录队列中元素个数currentSize。要使一个元素x入队，则currentSize和back增1，theArray[back]=x；要使一个元素出队，咱们置返回值theArray[front]，且currentSize减1,、front增1。采用循环数组的方式，当front和back到达数组的尾端，他们又绕回开头。

4. 集合(Set)

　　元素无放入顺序，元素不可重复（注意：元素虽然无放入顺序，可是元素在set中的位置是由该元素的HashCode决定的，其位置实际上是固定的）
　　Set接口有两个实现类：HashSet和LinkedHashSet

• HashSet：(底层由HashMap实现)，HashSet类按照哈希算法来存取集合中的对象，存取速度比较快 ，存入HashSet的对象必须定义hashCode()和equals()来确保对象的惟一性。
• LinkedHashSet：具备HashSet的查询速度，且内部使用链表维护元素的顺序(插入的次序)。因而在使用迭代器遍历Set时，结果会按元素插入的次序显示。

　　SortedSet接口有一个实现类：TreeSet 底层是经过 TreeMap来实现的（如同HashSet底层是是经过HashMap来实现的同样），所以两者的实现方式几乎彻底同样。

5. 映射（Map）

　　元素按键值对存储，通常无放入顺序，其中值能够重复，但键是惟一的，不能重复。Map接口有三个实现类：HashMap，Hashtable，LinkeHashMap

• HashMap：基于散列表实现，使用对象的“散列码”(hash code)来快速查询（默认使用的是Object的equals()和hashCode()方法，所以若是须要以本身定义的对象做为key，须要重写这两个方法，可是因为String字符串的这两个方法已经重写，以字符串做为key能够不重写），非线程安全，高效，容许有一个key设为null，初始容量16，负载因子0.75（好比容量16，能够存放16*0.75=12个数据，减小冲突），增长方式：通常old*2，因为容许设置初始容量，同时要保证容量增长后要是2的指数，因此容量增长比较复杂，详细看 http://www.cnblogs.com/xzwblog/p/7289952.html#_label2_0；
• Hashtable：一样基于散列表实现，但线程安全（一样是方法级别的同步），低效，不容许任何key设为null，初始容量11，负载因子0.75，增长方式是old*2+1；
• LinkeHashMap：LinkedHashMap是HashMap的一个子类，它保留插入的顺序。LinkedHashMap采用的hash算法和HashMap相同，可是它从新定义了数组中保存的元素Entry，该Entry除了保存当前对象的引用外，还保存了其上一个插入元素before和下一个插入元素after的引用，从而在哈希表的基础上又构成了双向连接列表。
• SortedMap接口的实现类：TreeMap 的实现是红黑树算法，每一个 Entry 都被当成“红黑树”的一个节点对待，对key进行排序。插入、删除和查询都比较慢，复杂度O(logN)，基于hash的复杂度通常为O(1)。但TreeMap 中的全部 Entry 老是按 key 根据指定排序规则保持有序状态，TreeSet 中全部元素老是根据指定排序规则保持有序状态。

HashMap和Hashtable的hash值计算方式也不相同
　　HashMap的hash计算参考 http://www.cnblogs.com/xzwblog/p/7289952.html#_label2_0 ，速度更快。
　　Hashtable是直接使用对象的hashCode，而且计算在hash表中的索引时直接使用%，以下代码：

int hash = key.hashCode();
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;

　　而且在高并发环境下，彻底能够用ConcurrentHashMap来代替Hashtable。

　　还有一点不一样：HashMap去掉了Hashtable 的contains方法，可是加上了containsValue（）和containsKey（）方法。

如何实现HashMap的同步？
　　HashMap能够经过下面的语句进行同步：Map m = Collections.synchronizeMap(hashMap);，具体而言，该方法返回一个同步的Map，该Map封装了底层的HashMap的全部方法，使得底层的HashMap即便是在多线程的环境中也是安全的。

比较

　　Collection、List、Set、Map都是接口，不能实例化。
　　JAVA集合只能存放引用类型的的数据，不能存放基本数据类型。
基本数据类类型：存的是数值自己，java中有四类八种基本数据类型，

• 第一类：整型 byte short int long
• 第二类：浮点型 float double
• 第三类：逻辑型 boolean
• 第四类：字符型 char

引用类型变量：存放的是数据的引用地址，并非数据的自己，引用类型变量是以间接方式去获取数据。引用类型变量都指向对象，如：数组、类、字符串等。

　　Collection接口的经常使用方法：

• boolean add(Object o)
• void clear()
• boolean isEmpty()
• boolean contains(Object o)
• Iterartor iterator()
  
• boolean remove(Object o)
• int size()
  
• int hashCode();
• boolean equals(Object o);
• Object[] toArray() ： 返回一个数组，该数组中包括集合中的全部元素

　　List，Set是继承自Collection接口，Map不是。因此记不清队列和栈的添加和删除函数时，一概用add和remove。

总结：

1. 若是涉及到堆栈，队列等操做，应该考虑用List，对于须要快速插入，删除元素，应该使用LinkedList，若是须要快速随机访问元素，应该使用ArrayList或者直接数组。
2. 若是程序在单线程环境中，或者访问仅仅在一个线程中进行，考虑非同步的类，其效率较高，若是多个线程可能同时操做一个类，应该使用同步的类。
3. 在除须要排序时使用TreeSet,TreeMap外，都应使用HashSet,HashMap，由于他们的效率更高。
4. 要特别注意对哈希表的操做，做为key的对象要正确复写equals和hashCode方法。
5. 尽可能返回接口而非实际的类型，如返回List而非ArrayList，这样若是之后须要将ArrayList换成LinkedList时，客户端代码不用改变。这就是面向接口编程。

注意：

一、Collection没有get()方法来取得某个元素，只能经过iterator()遍历元素。 二、Set和Collection拥有如出一辙的接口。 三、List，能够经过get()方法来一次取出一个元素，使用数字来选择一堆对象中的一个，get(0)...。(add/get)。 四、通常使用LinkedList构造栈stack、队列queue。 五、Map用 put(k,v) / get(k)，还可使用containsKey()/containsValue()来检查其中是否含有某个key/value。HashMap会利用对象的hashCode来快速找到key。 六、Map中元素，能够将key序列、value序列单独抽取出来。使用keySet()抽取key序列，将map中的全部keys生成一个Set。使用values()抽取value序列，将map中的全部values生成一个Collection。 　　为何一个生成Set，一个生成Collection？那是由于，key老是独一无二的，value容许重复。