一、Tree、Hash和Linked

　　Tree，即樹，多數情況尤指二叉樹，在C/C++中，樹的實現依託於連結串列。二叉排序樹是一種比較有用的折衷方案。陣列的搜尋比較方便，可以直接用下標，但刪除或者插入某些元素就比較麻煩。連結串列與之相反，刪除和插入元素很快，但查詢很慢。二叉排序樹就既有連結串列的好處，也有陣列的好處。檔案系統和資料庫系統一般都採用樹（特別是B樹）的資料結構資料，主要為排序和檢索的效率。

平衡二叉樹都有哪些應用場景

二叉樹支援動態的插入和查詢，保證操作在O(height)時間，這就是完成了雜湊表不便完成的工作，動態性。但是二叉樹有可能出現worst-case，如果輸入序列已經排序，則時間複雜度為O(N)

平衡二叉樹/紅黑樹就是為了將查詢的時間複雜度保證在O(logN)範圍內。
所以如果輸入結合確定，所需要的就是查詢，則可以考慮使用雜湊表，如果輸入集合不確定，則考慮使用平衡二叉樹/紅黑樹，保證達到最大效率

平衡二叉樹主要優點集中在快速查詢。
如果你知道SGI/STL的set/map底層都是用紅黑樹（平衡二叉樹的一種）實現的，相信你會對這些樹大有興趣。

缺點：

順序儲存可能會浪費空間(在非完全二叉樹的時候)，但是讀取某個指定的節點的時候效率比較高O(0)

鏈式儲存相對二叉樹比較大的時候浪費空間較少，但是讀取某個指定節點的時候效率偏低O(nlogn)

　　Hash，雜湊，即雜湊，即將輸入的資料通過hash函式得到一個key值，輸入的資料儲存到陣列中下標為key值的陣列單元中去。

陣列是將元素在記憶體中連續存放。

連結串列中的元素在記憶體中不是順序儲存的，而是通過存在元素中的指標聯絡到一起。

陣列必須事先定義固定的長度，不能適應資料動態地增減的情況。當資料增加時，可能超出原先定義的元素個數；當資料減少時，造成記憶體浪費。

連結串列動態地進行儲存分配，可以適應資料動態地增減的情況。

(靜態)陣列從棧中分配空間, 對於程式設計師方便快速,但是自由度小。

連結串列從堆中分配空間, 自由度大但是申請管理比較麻煩。​

根據陣列和連結串列的特性，陣列和連結串列的優劣勢分兩類情況討論。

a.當進行資料查詢時，陣列可以直接通過下標迅速訪問陣列中的元素。而連結串列則需要從第一個元素開始一直找到需要的元素位置，顯然，陣列的查詢效率會比連結串列的高。

b.當進行增加或刪除元素時，在陣列中增加一個元素，需要移動大量元素，在記憶體中空出一個元素的空間，然後將要增加的元素放在其中。同樣，如果想刪除一個元素，需要移動大量元素去填掉被移動的元素。而連結串列只需改動元素中的指標即可實現增加或刪除元素。

　　Linked，連結串列，C中連結串列的單元節點為一個具有指標和資料的結構體，Java中為一個物件LinkNet。連結串列為一個個單元節點相連而成。長於增刪，短於查詢。

二、List、Set、Queue和Map

　　通常，程式總是根據執行時才知道的某些條件取建立新物件。在此之前，不會知道所需物件的數量，乃至其確切的型別。因為我們不知道要在何時何地建立何種數量的物件，所以我們就不能依靠建立命名的引用來持有每一個物件，因為引用的數量也是不確定的。

　　陣列是一種一組物件或者最基本資料型別最有效的方式，然而資料的尺寸在宣告時就已經固定了，當我們並不知道需要多少個物件時，或者需要更復雜的方式來儲存物件時，陣列尺寸固定就很不合適了。

　　Java實用類庫提供了一套相當完整的容器來解決這類問題，其基本的型別是List、Set、Queue和Map。這類物件型別叫做集合類，但Java類庫中已經使用了Collection來指代該類庫中的一個特殊子集，所以將他們歸類為表示範圍更廣的“容器”。

　　其中淡綠色的表示介面，紅色的表示我們經常使用的類。

1、基本概念
　　根據Java容器類類庫儲存物件的用途來看，可以將其分為兩類

Collection，一個獨立元素的序列。List必須按照插入順序儲存元素，Set不能含有重複元素，Queue按照排隊規則來確定物件產生的順序。
Map，一組成對的“鍵值對”物件，允許用鍵來查詢值。ArrayList從某種意義上是將數字與物件關聯在一起。Map可以使用一個物件來查詢某個物件，也稱為對映表，關聯陣列，字典。

2、List

　　List承諾可以將元素維護在特定的序列中。List介面在Collection的基礎上加入了大量的方法，使得可以在List中間可以插入和移除元素。

ArrayList，長於隨機訪問元素，但在List中插入和移除元素時較慢
LinkedList，長於插入和移除操作，有優化的順序訪問，但在隨機訪問方面比較慢。

關於ArrayList為什麼在中間插入元素比較慢，程式碼如下

public void add(int index, E element) {
        rangeCheckForAdd(index);//驗證（可以不考慮）

        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!（超過當前陣列長度進行擴容）
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                         size - index);(核心程式碼)
        elementData[index] = element;
        size++;
    }

System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1)第一個引數是源陣列，源陣列起始位置，目標陣列，目標陣列起始位置，複製陣列元素數目。那麼這個意思就是從index索性處每個元素向後移動一位，最後把索引為index空出來，並將element賦值給它。這樣一來我們並不知道要插入哪個位置，所以會進行匹配那麼它的時間賦值度就為n。

LinkedList採用的是鏈式儲存。鏈式儲存就會定一個節點Node。包括三部分前驅節點、後繼節點以及data值。所以儲存儲存的時候他的實體地址不一定是連續的。

關於LinkedList的插入操作，程式碼如下

public void add(int index, E element) {
        checkPositionIndex(index);

        if (index == size)
            linkLast(element);
        else
            linkBefore(element, node(index));
    }

    void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
        // assert succ != null;
        final Node<E> pred = succ.prev;
        final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
        succ.prev = newNode;
        if (pred == null)
            first = newNode;
        else
            pred.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

可以看出先獲取插入索引元素的前驅節點，然後把這個元素作為後繼節點，然後在建立新的節點，而新的節點前驅節點和獲取前驅節點相同，而後繼節點則等於要移動的這個元素。所以這裡是不需要迴圈的，從而在插入和刪除的時候效率比較高

3、Stack

　　“棧”是指後進先出（LIFO）的容器。LinkedList具有能夠實現棧的所有功能的方法，因此可以直接將其作為棧使用。

4、Set

　　Set不儲存重複的元素，這裡的元素指的是某個物件的例項。Set最常被使用的是測試歸屬性，即查詢某個物件是否在Set中。並且Set是具有和Collection完全一樣的介面，沒有額外的功能，只是表現的行為不同。HashSet這一實現對快速查詢進行了優化。出於速度原因的考慮，HashSet使用了雜湊，但是其維護的順序與TreeSet和LinkedHashSet都不同，這取決於他們的元素儲存方式的實現不同，TreeSet將元素儲存在紅黑樹資料結構中，而LinkedHashSet雖然也和HashSet一樣使用雜湊，但其是使用連結串列來維護元素的插入順序。所以如果想要對結果排序，使用TreeSet更合適。

5、Map

　　Map能將物件對映到其他物件，同時鍵具有不可重複性。Map在實際開發中使用非常廣，特別是HashMap，想象一下我們要儲存一個物件中某些元素的值，如果我們在建立一個物件顯得有點麻煩，這個時候我們就可以用上map了，HashMap採用是雜湊函式所以查詢的效率是比較高的，如果我們需要一個有序的我們就可以考慮使用TreeMap。這裡主要介紹一下HashMap的方法，大家注意HashMap的鍵可以是null，而且鍵值不可以重複，如果重複了以後就會對第一個進行鍵值進行覆蓋。

常用方法：put進行新增值鍵對，containsKey驗證主要是否存在、containsValue驗證值是否存在、keySet獲取所有的鍵集合、values獲取所有值集合、entrySet獲取鍵值對。

6、Queue　

　　Queue是佇列，佇列是典型的先進先出（FIFO）的容器，就是從容器的一端放入元素，從另一端取出，並且元素放入容器的順序和取出的順序是相同的。LinkedList提供了對Queue的實現，LinkedList向上轉型為Queue。其中Queue有offer、peek、element、pool、remove等方法

offer是將元素插入隊尾，返回false表示新增失敗。peek和element都將在不移除的情況下返回對頭，但是peek在對頭為null的時候返回null，而element會丟擲NoSuchElementException異常。poll和remove方法將移除並返回對頭，但是poll在佇列為null，而remove會丟擲NoSuchElementException異常，以下是例子

public static void main(String[] args){
        Queue<Integer> queue=new LinkedList<Integer>();
        Random rand=new Random();
        for (int i=0;i<10;i++){
            queue.offer(rand.nextInt(i+10));
        }
        printQ(queue);
        Queue<Character> qc=new LinkedList<Character>();
        for (char c:"HelloWorld".toCharArray()){
            qc.offer(c);
        }
        System.out.println(qc.peek());
        printQ(qc);
        List<String> mystrings=new LinkedList<String>();
        mystrings.add("1");
        mystrings.get(0);
        Set<String> a=new HashSet<String>();
        Set<String> set=new HashSet<String>();
        set.add("1");
    }
    public static void printQ(Queue queue){
        while (queue.peek

三、Collections和Arrays

　　為了方便對Array物件、Collection物件進行操作，Java中提供了Arrays類和Collections類對其進行操作。

Arrsys:是陣列的工具類，提供了對陣列操作的工具方法。

Collections:是集合物件的工具類，提供了操作集合的工具方法。

其中Arrays和Collections中所有的方法都為靜態的，不需要建立物件，直接使用類名呼叫即可。

1.Collections

Collection和Collections

• Collection：java.util.Collection 是描述所有序列容器的共性的根介面，是一個集合介面（集合類的一個頂級介面）。它提供了對集合物件進行基本操作的通用介面方法。Collection介面在Java 類庫中有很多具體的實現。Collection介面的意義是為各種具體的集合提供了最大化的統一操作方式，其直接繼承介面有List與Set。這與C++不同，標準C++類庫中沒有其容器的任何公共基類，容器之間的共性依靠迭代器達成。但在Java中，迭代器和Collection被繫結在了一起，實現Collection就意味著要提供iterator()方法。
• Collections：Collections則是集合類的一個工具類/幫助類，其中提供了一系列靜態方法，用於對集合中元素進行排序、搜尋以及執行緒安全等各種操作。此類不能例項化，就像一個工具類，服務於Java的Collection框架。

關於Collections執行緒安全問題，先挖個坑，單開一貼。

Collection和Iterable

　　在jdk1.5中，Collection增加了一個父介面Iterable ，該介面的出現封裝了iterator方法,並提供了一個增強型的for迴圈。

2。Arrays

Arrays提供了asList()和toArray()兩個方法實現陣列與集合的轉化。

陣列變集合

//陣列中的元素都是物件
class ArraysDemo
{
    public static void main(String[] args)
    {
        String[] arr={"abc","cc","kkk"}；
    
        list<String> list =Arrays.asList(arr);
        
        System.out.println(list)
    }
}
 
執行結果:
[abc,cc,kkk]

//陣列中的元素都是基本資料型別
class ArraysDemo
{
    public static void main(String[] args)
    {
        int[] num={2,3,4}；
    
        list<int[]> li =Arrays.asList(num);
        
        System.out.println(li)
    }
}
 
執行結果:是一個數組的雜湊值
[[I@de6ced]
 

如果陣列中的元素都是物件，那麼變成集合時，陣列中的元素就直接轉成集合中的元素

如果陣列中的元素都是基本資料型別，那麼會將該陣列作為集合中的元素存在

這樣可以使用集合的思想和方法來運算元組中的元素，但是，將陣列變成集合，不可以使用集合的增刪方法，因為陣列的長度是固定的，如果你增刪，那麼會發生UnsupportedOperationException

集合變陣列

當指定型別的陣列長度小於了集合的size，那麼該方法內部會建立一個新的陣列，長度為集合的size

當指定型別的陣列長度大於了集合的size，就不會新建立陣列，而是使用傳遞進來的陣列

所以建立一個剛剛好的陣列最優，這是為了限定使用者的操作，不需要其進行增刪操作

public static void main(Stirng[] agrs)
{
    ArrayList<String> list =new ArrayList<String>();
 
    list.add("a1");
    list.add("a2");
    list.add("a3");
    
 
    Stirng[] arr=list.toArray(new String[list.size()]);
    System.out.println(Arrays.toString(arr));
}

四、雜湊與雜湊碼

我們知道Map以鍵值對的形式來儲存資料。有一點值得說明的是，如果要使用我們自己的類作為鍵，我們必須同時重寫hashCode() 和 equals()兩個方法。HashMap使用equals方法來判斷當前的鍵是否與表中的鍵相同。equals()方法需要滿足以下5個條件

• 自反性 x.equals(x) 一定返回true
• 對稱性 x.equals(y)返回true，則y.equals(x) 也返回true
• 傳遞性 x.equals(y)返回true,y.equals(z)返回true,則x.equals(y)返回true
• 一致性 如果物件中的資訊沒有改變，x.equals(y)要麼一直返回true，要麼一直返回false
• 對任何不是null的x，想x.equals(null)一定返回false

1.hashCode()

雜湊的價值在於速度：雜湊使得查詢得以快速執行。由於速度的瓶頸是對“鍵”進行查詢，而儲存一組元素最快的資料結構是陣列，所以用它來代表鍵的資訊，注意：陣列並不儲存“鍵”的本身。而通過“鍵”物件生成一個數字，將其作為陣列的下標索引。這個數字就是雜湊碼，由定義在Object的hashCode()生成(或成為雜湊函式)。同時，為了解決陣列容量被固定的問題，不同的“鍵”可以產生相同的下標。那對於陣列來說？怎麼在同一個下標索引儲存多個值呢？？原來陣列並不直接儲存“值”，而是儲存“值”的 List。然後對 List中的“值”使用equals()方法進行線性的查詢。這部分的查詢自然會比較慢，但是如果有好的雜湊函式，每個下標索引只儲存少量的值，只對很少的元素進行比較，就會快的多。

參考資料：《Java程式設計思想（第四版）》