圖解 Java 中的資料結構及原理！
作者：大道方圓
cnblogs.com/xdecode/p/9321848.html
最近在整理資料結構方面的知識, 系統化看了下Java中常用資料結構, 突發奇想用動畫來繪製資料流轉過程。
主要基於jdk8, 可能會有些特性與jdk7之前不相同, 例如LinkedList LinkedHashMap中的雙向列表不再是迴環的。
HashMap中的單鏈表是尾插, 而不是頭插入等等, 後文不再贅敘這些差異, 本文目錄結構如下：
LinkedList
經典的雙鏈表結構, 適用於亂序插入, 刪除. 指定序列操作則效能不如ArrayList, 這也是其資料結構決定的.
add(E) / addLast(E)
add(index, E)
這邊有個小的優化, 他會先判斷index是靠近隊頭還是隊尾, 來確定從哪個方向遍歷鏈入.
1 if (index < (size >> 1)) { 2 Node<E> x = first; 3 for (int i = 0; i < index; i++) 4 x = x.next; 5 return x; 6 } else { 7 Node<E> x = last; 8 for (int i = size - 1; i > index; i--) 9 x = x.prev; 10 return x; 11 }
靠隊尾
get(index)
也是會先判斷index, 不過效能依然不好, 這也是為什麼不推薦用for(int i = 0; i < lengh; i++)的方式遍歷linkedlist, 而是使用iterator的方式遍歷.
remove(E)
ArrayList
底層就是一個數組, 因此按序查詢快, 亂序插入, 刪除因為涉及到後面元素移位所以效能慢.
add(index, E)
擴容
一般預設容量是10, 擴容後, 會length*1.5.
remove(E)
迴圈遍歷陣列, 判斷E是否equals當前元素, 刪除效能不如LinkedList.
Stack
經典的資料結構, 底層也是陣列, 繼承自Vector, 先進後出FILO, 預設new Stack()容量為10, 超出自動擴容.
push(E)
pop()
字尾表示式
Stack的一個典型應用就是計算表示式如 9 + (3 - 1) * 3 + 10 / 2, 計算機將中綴表示式轉為字尾表示式, 再對字尾表示式進行計算。推薦閱讀：Java 程式設計師必須掌握的 8 道資料結構面試題，你會幾道？
中綴轉字尾
-
數字直接輸出
-
棧為空時，遇到運算子，直接入棧
-
遇到左括號, 將其入棧
-
遇到右括號, 執行出棧操作，並將出棧的元素輸出，直到彈出棧的是左括號，左括號不輸出。
-
遇到運算子(加減乘除)：彈出所有優先順序大於或者等於該運算子的棧頂元素，然後將該運算子入棧
-
最終將棧中的元素依次出棧，輸出。
計算字尾表達
-
遇到數字時，將數字壓入堆疊
-
遇到運算子時，彈出棧頂的兩個數，用運算子對它們做相應的計算, 並將結果入棧
-
重複上述過程直到表示式最右端
-
運算得出的值即為表示式的結果
佇列
與Stack的區別在於, Stack的刪除與新增都在隊尾進行, 而Queue刪除在隊頭, 新增在隊尾.
ArrayBlockingQueue
生產消費者中常用的阻塞有界佇列, FIFO.
put(E)
put(E) 佇列滿了
1 final ReentrantLock lock = this.lock;
2 lock.lockInterruptibly();
3 try {
4 while (count == items.length)
5 notFull.await();
6 enqueue(e);
7 } finally {
8 lock.unlock();
9 }
take()
當元素被取出後, 並沒有對陣列後面的元素位移, 而是更新takeIndex來指向下一個元素.
takeIndex是一個環形的增長, 當移動到佇列尾部時, 會指向0, 再次迴圈.
1 private E dequeue() {
2 // assert lock.getHoldCount() == 1;
3 // assert items\[takeIndex\] != null;
4 final Object\[\] items = this.items;
5 @SuppressWarnings("unchecked")
6 E x = (E) items\[takeIndex\];
7 items\[takeIndex\] = null;
8 if (++takeIndex == items.length)
9 takeIndex = 0;
10 count--;
11 if (itrs != null)
12 itrs.elementDequeued();
13 notFull.signal();
14 return x;
15 }
HashMap
最常用的雜湊表, 面試的童鞋必備知識了, 內部通過陣列 + 單鏈表的方式實現. jdk8中引入了紅黑樹對長度 > 8的連結串列進行優化, 我們另外篇幅再講。推薦閱讀：Java 程式設計師必須掌握的 8 道資料結構面試題，你會幾道？
put(K, V****)
put(K, V) 相同hash值
resize 動態擴容
當map中元素超出設定的閾值後, 會進行resize (length * 2)操作, 擴容過程中對元素一通操作, 並放置到新的位置。推薦閱讀：Java 程式設計師必須掌握的 8 道資料結構面試題，你會幾道？
具體操作如下:
-
在jdk7中對所有元素直接rehash, 並放到新的位置.
-
在jdk8中判斷元素原hash值新增的bit位是0還是1, 0則索引不變, 1則索引變成"原索引 + oldTable.length".
1 //定義兩條鏈
2 //原來的hash值新增的bit為0的鏈，頭部和尾部
3 Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
4 //原來的hash值新增的bit為1的鏈，頭部和尾部
5 Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
6 Node<K,V> next;
7 //迴圈遍歷出鏈條鏈
8 do {
9 next = e.next;
10 if ((e.hash & oldCap) == 0) {
11 if (loTail == null)
12 loHead = e;
13 else
14 loTail.next = e;
15 loTail = e;
16 }
17 else {
18 if (hiTail == null)
19 hiHead = e;
20 else
21 hiTail.next = e;
22 hiTail = e;
23 }
24 } while ((e = next) != null);
25 //擴容前後位置不變的鏈
26 if (loTail != null) {
27 loTail.next = null;
28 newTab\[j\] = loHead;
29 }
30 //擴容後位置加上原陣列長度的鏈
31 if (hiTail != null) {
32 hiTail.next = null;
33 newTab\[j + oldCap\] = hiHead;
34 }
LinkedHashMap
繼承自HashMap, 底層額外維護了一個雙向連結串列來維持資料有序. 可以通過設定accessOrder來實現FIFO(插入有序)或者LRU(訪問有序)快取.
put(K, V)
get(K)
accessOrder為false的時候, 直接返回元素就行了, 不需要調整位置.
accessOrder為true的時候, 需要將最近訪問的元素, 放置到隊尾.
removeEldestEntry 刪除最老的元素
（完）
推薦去我的部落格閱讀更多：
2.Spring MVC、Spring Boot、Spring Cloud 系列教程
3.Maven、Git、Eclipse、Intellij IDEA 系列工具教程
覺得不錯，別忘了點贊+轉發哦！