动图+源码，演示 Java 中常用数据结构执行过程及原理

最近在整理数据结构方面的知识,系统化看了下Java中常用数据结构,突发奇想用动画来绘制数据流转过程.

主要基于jdk8,可能会有些特性与jdk7之前不相同,例如LinkedList LinkedHashMap中的双向列表不再是回环的.

HashMap中的单链表是尾插,而不是头插入等等,后文不再赘叙这些差异,本文目录结构如下:

LinkedList

经典的双链表结构,适用于乱序插入,删除. 指定序列操作则性能不如ArrayList,这也是其数据结构决定的.

add(E) / addLast(E)

add(index,E)

这边有个小的优化,他会先判断index是靠近队头还是队尾,来确定从哪个方向遍历链入.

if (index < (size >> 1)) {            Node<E> x = first;            for (int i = 0; i < index; i++)                x = x.next;            return x;        } else {            Node<E> x = last;            for (int i = size - 1; i > index; i--)                x = x.prev;            return x;        }

靠队尾

get(index)

也是会先判断index,不过性能依然不好,这也是为什么不推荐用for(int i = 0; i < lengh; i++)的方式遍历linkedlist,而是使用iterator的方式遍历.

remove(E)

ArrayList

底层就是一个数组,因此按序查找快,乱序插入,删除因为涉及到后面元素移位所以性能慢.

add(index,E)

扩容

一般默认容量是10,扩容后,会length*1.5.

remove(E)

循环遍历数组,判断E是否equals当前元素,删除性能不如LinkedList.

Stack

经典的数据结构,底层也是数组,继承自Vector,先进后出FILO,默认new Stack()容量为10,超出自动扩容.

push(E)

pop()

后缀表达式

Stack的一个典型应用就是计算表达式如 9 + (3 - 1) * 3 + 10 / 2,计算机将中缀表达式转为后缀表达式,再对后缀表达式进行计算.

中缀转后缀

• 数字直接输出
• 栈为空时，遇到运算符，直接入栈
• 遇到左括号,将其入栈
• 遇到右括号,执行出栈操作，并将出栈的元素输出，直到弹出栈的是左括号，左括号不输出。
• 遇到运算符(加减乘除)：弹出所有优先级大于或者等于该运算符的栈顶元素，然后将该运算符入栈
• 最终将栈中的元素依次出栈，输出。

?

计算后缀表达

• 遇到数字时，将数字压入堆栈
• 遇到运算符时，弹出栈顶的两个数，用运算符对它们做相应的计算,并将结果入栈
• 重复上述过程直到表达式最右端
• 运算得出的值即为表达式的结果

队列

final ReentrantLock lock = this.lock;        lock.lockInterruptibly();        try {            while (count == items.length)                notFull.await();            enqueue(e);        } finally {            lock.unlock();        }

private E dequeue() {        // assert lock.getHoldCount() == 1;        // assert items[takeIndex] != null;        final Object[] items = this.items;        @SuppressWarnings("unchecked")        E x = (E) items[takeIndex];        items[takeIndex] = null;        if (++takeIndex == items.length)            takeIndex = 0;        count--;        if (itrs != null)            itrs.elementDequeued();        notFull.signal();        return x;    }

?

HashMap

resize 动态扩容

• 在jdk7中对所有元素直接rehash,并放到新的位置.
• 在jdk8中判断元素原hash值新增的bit位是0还是1,0则索引不变,1则索引变成"原索引 + oldTable.length".

//定义两条链    //原来的hash值新增的bit为0的链，头部和尾部    Node<K,V> loHead = null,loTail = null;    //原来的hash值新增的bit为1的链，头部和尾部    Node<K,V> hiHead = null,hiTail = null;    Node<K,V> next;    //循环遍历出链条链    do {        next = e.next;        if ((e.hash & oldCap) == 0) {            if (loTail == null)                loHead = e;            else                loTail.next = e;            loTail = e;        }        else {            if (hiTail == null)                hiHead = e;            else                hiTail.next = e;            hiTail = e;        }    } while ((e = next) != null);    //扩容前后位置不变的链    if (loTail != null) {        loTail.next = null;        newTab[j] = loHead;    }    //扩容后位置加上原数组长度的链    if (hiTail != null) {        hiTail.next = null;        newTab[j + oldCap] = hiHead;    }

?

LinkedHashMap

?

·END·

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