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图解Java常用数据结构(一)

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:
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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)
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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;
}

靠对头
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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.
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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)

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扩容
一般默认容量是10, 扩容后, 会length*1.5.

remove(E)

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

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take()
当元素被取出后, 并没有对数组后面的元素位移, 而是更新takeIndex来指向下一个元素.

takeIndex是一个环形的增长, 当移动到队列尾部时, 会指向0, 再次循环.

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;
	}

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HashMap
最常用的哈希表, 面试的童鞋必备知识了, 内部通过数组 + 单链表的方式实现. jdk8中引入了红黑树对长度 > 8的链表进行优化, 我们另外篇幅再讲.

put(K, V)
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put(K, V) 相同hash值

resize 动态扩容
当map中元素超出设定的阈值后, 会进行resize (length * 2)操作, 扩容过程中对元素一通操作, 并放置到新的位置.

具体操作如下:

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;
}