java数据结构

数据结构是指相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。通常情况下，精心选择的数据结构可以带来更高的运行或者存储效率。数据结构往往同高效的检索算法和索引技术有关。

数据结构分为线性的和非线性的

线性：必须有唯一的第一个节点和最后一个节点，其他节点只有唯一的前驱和后驱

常用的线性结构有：线性表（包括顺序表和链表），栈，队列，双队列，数组，串。

关于广义表，是一种非线性的数据结构。

常见的非线性结构有：二维数组，多维数组，广义表，树(二叉树等)，图(网等)。

集合

线性结构：线性表、栈、单双队列、数组、串

树形结构：一对多的一种树形结构、根节点没有前驱，叶子节点没有孩子节点。可表示从属关系、并列关系

图形结构：元素之间是相互的，其他结构都有明确的条件、但是图形结构没有，任意两个都可以相关联

Collection接口   
　　Collection是最基本的集合接口，一个Collection代表一组Object，即Collection的元素（Elements）。一些 Collection允许相同的元素而另一些不行。一些能排序而另一些不行。Java  SDK不提供直接继承自Collection的 类，Java  SDK提供的类都是继承自Collection的“子接口”如List和Set。   
　　所有实现Collection接口的类都必须提供两个标准的构造函数：无参数的构造函数用于创建一个空的Collection，有一个 Collection参数的构造函数用于创建一个新的Collection，这个新的Collection与传入的Collection有相同的元素。后 一个构造函数允许用户复制一个Collection。   
　　如何遍历Collection中的每一个元素？不论Collection的实际类型如何，它都支持一个iterator()的方法，该方法返回一个迭代子，使用该迭代子即可逐一访问Collection中每一个元素。典型的用法如下：   
　　　　Iterator  it  =  collection.iterator();  //  获得一个迭代子   
　　　　while(it.hasNext())  {   
　　　　　　Object  obj  =  it.next();  //  得到下一个元素   
　　　　}   
　　由Collection接口派生的两个接口是List和Set。   

　集合类的根接口Collection

　　 Collection接口是所有集合类的根类型。它的一个主要的接口方法是：

boolean add(Object c)

　　 add()方法将添加一个新元素。注意这个方法会返回一个boolean，但是返回值不是表示添加成功与否。仔细阅读doc可以看到，Collection规定：如果一个集合拒绝添加这个元素，无论任何原因，都必须抛出异常。这个返回值表示的意义是add()方法执行后，集合的内容是否改变了（就是元素有无数量，位置等变化），这是由具体类实现的。即：如果方法出错，总会抛出异常；返回值仅仅表示该方法执行后这个Collection的内容有无变化。

　　 类似的还有：

boolean addAll(Collection c);

boolean remove(Object o);

boolean removeAll(Collection c);

boolean remainAll(Collection c);

　　 Object[] toArray()方法很简单，把集合转换成数组返回。Object[] toArray(Object[] a)方法就有点复杂了，首先，返回的Object[]仍然是把集合的所有元素变成的数组，但是类型和参数a的类型是相同的，比如执行：

String[] o = (String[])c.toArray(new String[0]);

　　得到的o实际类型是String[]。

　　 其次，如果参数a的大小装不下集合的所有元素，返回的将是一个新的数组。如果参数a的大小能装下集合的所有元素，则返回的还是a，但a的内容用集合的元素来填充。尤其要注意的是，如果a的大小比集合元素的个数还多，a后面的部分全部被置为null。

用Iterator模式实现遍历集合

 Iterator模式是用于遍历集合类的标准访问方法。它可以把访问逻辑从不同类型的集合类中抽象出来，从而避免向客户端暴露集合的内部结构。

 例如，如果没有使用Iterator，遍历一个数组的方法是使用索引：

for(int i=0; i<array.size(); i++) { ... get(i) ... }
 而访问一个链表（LinkedList）又必须使用while循环：
while((e=e.next())!=null) { ... e.data() ... }

以上两种方法是我们都必须知道结合的内部结构、代码和集合本身是紧耦合，无法将访问逻辑从集合类和客户端代码分离开来，每一个集合都必须对应一种遍历方法、我们无法重用。

假如：需要把arrayList改成LinkedList，那么原来的代码必须完全重写

为了解决这些个问题，Iterator模式用一种相同的逻辑来遍历集合。Iterator由集合类通过工厂方法生成，因此，它知道如何遍历整个集合。

每一种集合类返回的Iterator具体类型可能不同，Array可能返回ArrayIterator，Set可能返回SetIterator，Tree可能返回TreeIterator，但是它们都实现了Iterator接口，因此，客户端不关心到底是哪种Iterator，它只需要获得这个Iterator接口即可，这就是面向对象的威力。

List接口   
　　List是有序的Collection，使用此接口能够精确的控制每个元素插入的位置。用户能够使用索引（元素在List中的位置，类似于数组下标）来访问List中的元素，这类似于Java的数组。   
和下面要提到的Set不同，List允许有相同的元素。   
　　除了具有Collection接口必备的iterator()方法外，List还提供一个listIterator()方法，返回一个 ListIterator接口，和标准的Iterator接口相比，ListIterator多了一些add()之类的方法，允许添加，删除，设定元素，双向访问，还提供了一个方法来获取从列表中指定位置开始的列表迭代器， 还能向前或向后遍历。   
　　实现List接口的常用类有LinkedList，ArrayList，Vector和Stack。   
  ArrayList类   
　　ArrayList实现了可变大小的数组。  
        它允许所有元素，包括null，   size，isEmpty，get，set方法运行时间为常数。但是add方法开销为分摊的常数，添加n个元素需要O(n)的时间。其他的方法运行时间为线性。   
　　每个ArrayList实例都有一个容量（Capacity），即用于存储元素的数组的大小。这个容量可随着不断添加新元素而自动增加，但是增长算法 并没有定义。当需要插入大量元素时，在插入前可以调用ensureCapacity方法来增加ArrayList的容量以提高插入效率。  

ps：ArrayList非同步方法。如果多个线程同时访问一个List，则必须自己实现访问同步。一种解决方法是在创建List时构造一个同步的List：   

　　　　List  list  =  Collections.synchronizedList(new  ArrayList(...));   
  非同步的，获得的iterator对象是快速失败的，也就是只有通过iterator才可以移除或者添加元素，期间通过list改变结构的话，报异常ConcurrentModificationException

LinkedList类   
　　LinkedList实现了List接口（链接列表的实现），允许null元素。此外LinkedList提供额外的get，remove，insert方法在 LinkedList的首部或尾部。这些操作使LinkedList可被用作堆栈（stack），队列（queue）或双向队列（deque）。   
　　和ArrayList一样，LinkedList也是非同步的（unsynchronized）。   

Vector类   
　　Vector非常类似ArrayList（对象数组），但是Vector是同步的。由Vector创建的Iterator，虽然和ArrayList创建的 Iterator是同一接口，但是，因为Vector是同步的，当一个Iterator被创建而且正在被使用，另一个线程改变了Vector的状态（例 如，添加或删除了一些元素），这时调用Iterator的方法时将抛出ConcurrentModificationException，因此必须捕获该 异常。

Stack  类   
　　Stack继承自Vector，实现一个后进先出的堆栈。Stack提供5个额外的方法使得Vector得以被当作堆栈使用。基本的push和pop 方法，还有peek方法得到栈顶的元素，empty方法测试堆栈是否为空，search方法检测一个元素在堆栈中的位置。Stack刚创建后是空栈。   

 Set接口   
　　Set是一种不包含重复的元素的Collection，即任意的两个元素e1和e2都有e1.equals(e2)=false，Set最多有一个null元素。  Set实现的基础是Map（HashMap）；
　　很明显，Set的构造函数有一个约束条件，传入的Collection参数不能包含重复的元素。   
　　请注意：必须小心操作可变对象（Mutable  Object）。如果一个Set中的可变元素改变了自身状态导致Object.equals(Object)=true将导致一些问题。   

SortedSet接口

关于元素的总排序的set继承set通常在创建有序 set 时提供的 Comparator 进行排序。该 set 的迭代器将按元素升序遍历 set

EnumSet抽象类
集成枚举Enum，EnumSet也是非同步的、基本所有操作都是固定时间的，可能比HashSet快，枚举 set 中所有键都必须来自单个枚举类型。
HashSet类

实现set接口，它不保证 set 的迭代顺序；特别是它不保证该顺序恒久不变。此类允许使用 null 元素，非同步的

TreeSet类

基于TreeMap的NavigableSet 实现，使用元素的自然顺序对元素排序，或者根据创建 set 时提供的 Comparator 进行排序，具体取决于使用的构造方法，非同步的。

 Set 对象本身是没有顺序的，Set首先保证元素的唯一性
LinkedHashSet 和 TreeSet具有顺序。
Map接口   
　　请注意，Map没有继承Collection接口，Map提供key到value的映射。一个Map中不能包含相同的key，每个key只能映射一个 value。Map接口提供3种集合的视图，Map的内容可以被当作一组key集合，一组value集合，或者一组key-value映射。   
 某些映射实现可明确保证其顺序，如TreeMap 类；另一些映射实现则不保证顺序，如HashMap 类。
Hashtable类   
　　Hashtable继承Map接口，实现一个key-value映射的哈希表。任何非空（non-null）的对象都可作为key或者value。   
　　添加数据使用put(key,  value)，取出数据使用get(key)，这两个基本操作的时间开销为常数。   
Hashtable通过initial  capacity和load  factor两个参数调整性能。通常缺省的 load  factor  0.75较好地实现了时间和空间的均衡。增大load  factor可以节省空间但相应的查找时间将增大，这会影响像 get和put这样的操作。   
使用Hashtable的简单示例如下，将1，2，3放到Hashtable中，他们的key分别是”one”，”two”，”three”：   
　　　　Hashtable  numbers  =  new  Hashtable();   
　　　　numbers.put(“one”,  new  Integer(1));   
　　　　numbers.put(“two”,  new  Integer(2));   
　　　　numbers.put(“three”,  new  Integer(3));   
　　要取出一个数，比如2，用相应的key：   
　　　　Integer  n  =  (Integer)numbers.get(“two”);   
　　　　System.out.println(“two  =  ”  +  n);   
　　由于作为key的对象将通过计算其散列函数来确定与之对应的value的位置，因此任何作为key的对象都必须实现hashCode和equals方 法。hashCode和equals方法继承自根类Object，如果你用自定义的类当作key的话，要相当小心，按照散列函数的定义，如果两个对象相 同，即obj1.equals(obj2)=true，则它们的hashCode必须相同，但如果两个对象不同，则它们的hashCode不一定不同，如 果两个不同对象的hashCode相同，这种现象称为冲突，冲突会导致操作哈希表的时间开销增大，所以尽量定义好的hashCode()方法，能加快哈希 表的操作。   
　　如果相同的对象有不同的hashCode，对哈希表的操作会出现意想不到的结果（期待的get方法返回null），要避免这种问题，只需要牢记一条：要同时复写equals方法和hashCode方法，而不要只写其中一个。   
　　Hashtable是同步的。   
  
HashMap类   
　　HashMap和Hashtable类似，不同之处在于HashMap是非同步的，并且允许null，即null  value和 null  key。，但是将HashMap视为Collection时（values()方法可返回Collection），其迭代子操作时间开销和 HashMap的容量成比例。因此，如果迭代操作的性能相当重要的话，不要将HashMap的初始化容量设得过高，或者load  factor过 低。   
  
WeakHashMap类   
　　WeakHashMap是一种改进的HashMap，它对key实行“弱引用”，如果一个key不再被外部所引用，那么该key可以被GC回收。

TreeMap类

是非同步的，有序的根据其键的自然排序进行排序