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java数据结构-Comparable&Comparator

陈于喆 — Wed, 15 Jun 2011 07:07:00 GMT

在深入了解TreeMap之前，有两个接口要先弄清楚，分别是Comparable和Comparator

Comparable & Comparator

Comparable
Comparable 此接口强行对实现它的每个类的对象进行整体排序。这种排序被称为类的自然排序，类的 compareTo 方法被称为它的自然比较方法。对象本身就已经支持自比较所需要实现的接口（如 String、Integer 自己就可以完成比较大小操作）。

它只有一个方法,int compareTo(T o),用来比较当前对象和传入的参数，查看jdk api，共有这一批类实现了此接口，见下图

打开实现了该接口的Integer包装类查看源码

public final class Integer extends Number implements Comparable<Integer> {

    public int compareTo(Integer anotherInteger) {
    int thisVal = this.value;
    int anotherVal = anotherInteger.value;
    return (thisVal<anotherVal ? -1 : (thisVal==anotherVal ? 0 : 1));
    }

可以看到该方法通过当前的Integer对象的值是否大于传入的参数来得到返回值，Integer的compareTo实现是按数字大小的自然排序，再找另一个例子String

public final class String
    implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence
{
public int compareTo(String anotherString) {
    int len1 = count;
    int len2 = anotherString.count;
    int n = Math.min(len1, len2);
    char v1[] = value;
    char v2[] = anotherString.value;
    int i = offset;
    int j = anotherString.offset;

    if (i == j) {
        int k = i;
        int lim = n + i;
        while (k < lim) {
        char c1 = v1[k];
        char c2 = v2[k];
        if (c1 != c2) {
            return c1 - c2;
        }
        k++;
        }
    } else {
        while (n-- != 0) {
        char c1 = v1[i++];
        char c2 = v2[j++];
        if (c1 != c2) {
            return c1 - c2;
        }
        }
    }
    return len1 - len2;
    }

可以看出String的compareTo实现是按字符串中字符的Unicode值进行排序的，也真是因为各种类实现的不同，所以只有在相互可比的类才能进行排序，否则会抛出java.lang.ClassCastException的异常。应该说Comparable是集合内部实现的排序，想要进行集合外的排序就需要Comparator接口。

Comparator
如果一个类不能实现Comparable接口，那么我们自己可以提供Comparator的排序，如果你不喜欢缺省的Comparator行为，照样可以编写自己的Comparator。

Comparator只有2个方法，分别为int compare(T o1, T o2) 和boolean equals(Object obj)

Comparator的compare方法的返回值和Comparable的compareTo返回值基本相似，如果排序第一个元素出现在第二个元素之前，则返回一个负值，如果第一个元素出现在第二个元素后面，返回一个正值，再否则，返回零。与Comparable不同的是Comparator是由用户自行决定处理。
通过一个小例子可以比较明确的看出

      class ComparatorTest implements Comparator{
          public int compare(Object u1, Object u2) {
            String uname1 = ((User)u1).getName();
            String uname2 = ((User)u2).getName();
            return uname1.compareTo(uname2);
        }
      }
      class User {
          private String name;
          public String getName(){
              return this.name;
          }
      }

Comparator比较函数强行对某些对象 collection 进行整体排序。可以将 Comparator 传递给 sort 方法（如 Collections.sort），从而允许在排序顺序上实现精确控制。还可以使用 Comparator 来控制某些数据结构（如 TreeSet 或 TreeMap）的顺序。

陈于喆 2011-06-15 15:07 发表评论

java数据结构-HashMap

陈于喆 — Tue, 15 Feb 2011 11:18:00 GMT

一直以来似乎都有一个错觉，认为map跟其他的集合类一样继承自Collection，其实不然，Map和Collection在结构层次上是没有任何关系的，通过查看源码可以发现map所有操作都是基于key-value对，而不是单独的元素。

下面以HashMap为例子，深入对Map的实现机制进行了解，在这个过程中，请打开jdk源码。

Hash算法

HashMap使用Hash算法，所以在解剖HashMap之间，需要先简单的了解Hash算法，Hash算法一般也成为散列算法，通过散列算法将任意的值转化成固定的长度输出，该输出就是散列值，这是一种压缩映射，也就是，散列值的空间远远小于输入的值空间。
简单的说，hash算法的意义在于提供了一种快速存取数据的方法,它用一种算法建立键值与真实值之间的对应关系,(每一个真实值只能有一个键值,但是一个键值可以对应多个真实值),这样可以快速在数组等里面存取数据。

下面我们建立一个HashMap,然后往里面放入12对key-value，这个HashMap的默认数组长度为16，我们的key分别存放在该数组的格子中，每个格子下面存放的元素又是以链表的方式存放元素。

    public static void main(String[] args) {
        Map map = new HashMap();
        map.put("What", "chenyz");
        map.put("You", "chenyz");
        map.put("Don't", "chenyz");
        map.put("Know", "chenyz");
        map.put("About", "chenyz");
        map.put("Geo", "chenyz");
        map.put("APIs", "chenyz");
        map.put("Can't", "chenyz");
        map.put("Hurt", "chenyz");
        map.put("you", "chenyz");
        map.put("google", "chenyz");
        map.put("map", "chenyz");
        map.put("hello", "chenyz");
    }

当我们新添加一个元素时，首先我们通过Hash算法计算出这个元素的Hash值的hashcode，通过这个hashcode的值，我们就可以计算出这个新元素应该存放在这个hash表的哪个格子里面，如果这个格子中已经存在元素，那么就把新的元素加入到已经存在格子元素的链表中。

运行上面的程序，我们对HashMap源码进行一点修改，打印出每个key对象的hash值

What-->hash值：8
You-->hash值：3
Don't-->hash值：7
Know-->hash值：13
About-->hash值：11
Geo-->hash值：12
APIs-->hash值：1
Can't-->hash值：7
Hurt-->hash值：1
you-->hash值：10
google-->hash值：3
map-->hash值：8
hello-->hash值：0

计算出来的Hash值分别代表该key应该存放在Hash表中对应数字的格子中，如果该格子已经有元素存在，那么该key就以链表的方式依次放入格子中

从上表可以看出，Hash表是线性表和链表的综合所得，根据数据结构的定义，可以得出粗劣的结论，Hash算法的存取速度要比数组差一些，但是比起单纯的链表，在查找和存取方面却要好多。

如果要查找一个元素时，同样的方式，通过Hash函数计算出这个元素的Hash值hashcode，然后通过这个hashcode值，直接找到跟这个hash值相对应的线性格子，进如该格子后，对这个格子存放的链表元素逐个进行比较，直到找到对应的hash值。

在简单了解完Hash算法后，我们打开HashMap源码

初始化HashMap

下面我们看看Map map = new HashMap();这段代码究竟做了什么，发生了什么数据结构的变化。

HashMap中几个重要的属性

transient Entry[] table;
用来保存key-value的对象Entry数组，也就是Hash表

transient int size;
返回HashMap的键值对个数

final float loadFactor;
负载因子，用来决定Entry数组是否扩容的因子，HashMap默认是0.75f

int threshold;
重构因子，(capacity * load factor)负载因子与Entry[]数组容积的乘值

public class HashMap<K,V>
    extends AbstractMap<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable
{
    int threshold;

    final float loadFactor;

    transient Entry[] table;

    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;

    public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
                                               initialCapacity);
        if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
            initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
            throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
                                               loadFactor);

        // Find a power of 2 >= initialCapacity
        int capacity = 1;
        while (capacity < initialCapacity)
            capacity <<= 1;

        this.loadFactor = loadFactor;
        threshold = (int)(capacity * loadFactor);
        table = new Entry[capacity];
        init();
    }

以public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)构造函数为例，另外两个构造函数实际上也是以同种方式来构建HashMap.

首先是要确定hashMap的初始化的长度，这里使用的策略是循环查出一个大于initialCapacity的2的次方的数，例如initialCapacity的值是10，那么大于10的数是2的4次方，也就是16，capacity的值被赋予了16，那么实际上table数组的长度是16，之所以采用这样的策略来构建Hash表的长度，是因为2的次方运算对于计算机来说是有相当的效率。

loadFactor，被称为负载因子，HashMap的默认负载因子是0.75f

threshold，接下来是重构因子，由负载因子和容量的乘机组成，它表示当HashMap元素被存放了多少个之后，需要对HashMap进行重构。

通过这一系列的计算和定义后，初始化Entry[] table;

put(key,value)

接下来看一对key-value是如何被存放到HashMap中：put(key,value)

    public V put(K key, V value) {
        if (key == null)
            return putForNullKey(value);
        int hash = hash(key.hashCode());

        int i = indexFor(hash, table.length);
        System.out.println(key+"-->hash值："+i);//这就是刚才程序打印出来的key对应hash值
        for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
            Object k;
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;
            }
        }

        modCount++;
        addEntry(hash, key, value, i);
        return null;
    }

    static int hash(int h) {
        h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
        return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
    }

    static int indexFor(int h, int length) {
        return h & (length-1);
    }

这里是整个hash的关键，请打开源码查看一步一步查看。

hash(key.hashCode()) 计算出key的hash码 //对于hash()的算法，这里有一篇分析很透彻的文章<HashMap hash方法分析>
indexFor(hash, table.length) 通过一个与算法计算出来，该key应在存放在Hash表的哪个格子中。
for (Entry e = table[i]; e != null; e = e.next) 然后再遍历table[i]格中的链表，判断是否已经存在一样的key，如果存在一样的key值，那么就用新的value覆盖旧的value，并把旧的value值返回。
addEntry(hash, key, value, i) 如果经过遍历链表没有发现同样的key，那么进行addEntry函数的操作，增加当前key到hash表中的第i个格子中的链表中

    void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
        table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
        if (size++ >= threshold)
            resize(2 * table.length);
    }

Entry e = table[bucketIndex]; 创建一个Entry对象来存放键值（ps:Entry对象是一个链表对象）
table[bucketIndex] = new Entry(hash, key, value, e); 将Entry对象添加到链表中
if (size++ >= threshold) resize(2 * table.length); 最后将size进行自增，判断size值是否大于重构因子，如果大于那么就是用resize进行扩容重构。

这里为什么是否需要扩容重构，其实是涉及到负载因子的性能问题

loadFactor负载因子
上面说过loadFactor是一个hashMap的决定性属性，HashSet和HashMap的默认负载因子都是0.75，它表示，如果哈希表的容量超过3/4时，将自动成倍的增加哈希表的容量，这个值是权衡了时间和空间的成本，如果负载因子较高，虽然会减少对内存空间的需求，但也会增加查找数据的时间开销，无论是put()和get()都涉及到对数据进行查找的动作，所以负载因子是不适宜设置过高

get(key)

接下来看看get(key)做了什么

    public V get(Object key) {
        if (key == null)
            return getForNullKey();
        int hash = hash(key.hashCode());
        for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
             e != null;
             e = e.next) {
            Object k;
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
                return e.value;
        }
        return null;
    }

这些动作似乎是跟put(key，value)相识，通过hash算法获取key的hash码，再通过indexFor定位出该key存在于table的哪一个下表，获取该下标然后对下标中的链表进行遍历比对，如果有符合就直接返回该key的value值。

keySet()

这里还涉及另一个问题，上面说了HashMap是跟set没有任何亲属关系，但map也一样实现了keySet接口，下面谱析一下keySet在hashMap中是如何实现的，这里给出部分代码，请结合源码查看

public K next() {
            return nextEntry().getKey();
        }

    final Entry<K,V> nextEntry() {
            if (modCount != expectedModCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
            Entry<K,V> e = next;
            if (e == null)
                throw new NoSuchElementException();

            if ((next = e.next) == null) {
                Entry[] t = table;
                while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
                    ;
            }
        current = e;
            return e;
        }

代码很简单，就是对每个格子里面的链表进行遍历，也正是这个原因，当我们依次将key值put进hashMap中，但在使用map.entrySet().iterator()进行遍历时候却不是put时候的顺序。

扩容
在前面说到put函数的时候，已经提过了扩容的问题

if (size++ >= threshold)
resize(2 * table.length);

这里一个是否扩容的判断，当数据达到了threshold所谓的重构因子，而不是HashMap的最大容量，就进行扩容。

    void resize(int newCapacity) {
        Entry[] oldTable = table;
        int oldCapacity = oldTable.length;
        if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
            threshold = Integer.MAX_VALUE;
            return;
        }

        Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
        transfer(newTable);
        table = newTable;
        threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
    }

    void transfer(Entry[] newTable) {
        Entry[] src = table;
        int newCapacity = newTable.length;
        for (int j = 0; j < src.length; j++) {
            Entry<K,V> e = src[j];
            if (e != null) {
                src[j] = null;
                do {
                    Entry<K,V> next = e.next;
                    int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
                    e.next = newTable[i];
                    newTable[i] = e;
                    e = next;
                } while (e != null);
            }
        }
    }

transfer方法实际上是将所有的元素重新进行一些hash，这是因为容量变化了，每个元素相对应的hash值也会不一样。

使用HashMap

1.不要再高并发中使用HashMap，HashMap是线程不安全，如果被多个线程共享之后，将可能发生不可预知的问题。
2.如果数据大小事固定的，最好在初始化的时候就给HashMap一个合理的容量值，如果使用new HashMap()默认构造函数，重构因子的值是16*0.75=12，当HashMap的容量超过了12后，就会进行一系列的扩容运算，重建一个原来成倍的数组，并且对原来存在的元素进行重新的hash运算，如果你的数据是有成千上万的，那么你的成千上万的数据也要跟这你的扩容不断的hash，这将产生高额的内存和cpu的大量开销。

当然啦，HashMap的函数还有很多，不过都是基于table的链表进行操作，当然也就是hash算法，Map & hashMap在平时我们的应用非常多，最重要的是我们要对每句代码中每块数据结构变化心中有数。

上面主要是参考了jdk源码，数据结构和一些相关资料本着好记性不如烂博客的精神记录下来，希望朋友们如果发觉哪里不对请指出来，虚心请教

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by 陈于喆
QQ:34174409
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陈于喆 2011-02-15 19:18 发表评论

java数据结构-List

陈于喆 — Sun, 16 Jan 2011 09:36:00 GMT

List在数据结构中表现为是线性表的方式，其元素以线性方式存储，集合中允许存放重复的对象，List接口主要的实现类有
ArrayList
ArrayList其实就是一组长度可变的数组，当实例化了一个ArrayList，该数据也被实例化了，当向集合中添加对象时，数组的大小也随着改变，这样它所带来的有优点是快速的随机访问，即使访问每个元素所带来的性能问题也是很小的，但缺点就是想其中添加或删除对象速度慢，当你创建的数组是不确定其容量，所以当我们改变这个数组时就必须在内存中做很多的处理，如你想要数组中任意两个元素中间添加对象，那么在内存中数组要移动所有后面的对象。

LinkedList
LinkedList是通过节点的连接实现链表的数据结构，向linkedList中插入或删除元素的速度是特别快，而随机访问的速度相对较慢，这个是由于链表本身的性质造成的，在链表中，每个节点都包含了前一个节点的引用，后一个节点的引用和节点存储值，当一个新节点插入式，只需要修改其中相关的前后关系节点引用即可，删除节点也是一样。操作对象只需要改变节点的链接，新节点可以存放在内存的任何位置，但也就是因为如此LinkedList虽然存在get()方法，但是这个方法通过遍历节点来定位所以速度很慢。LinkedList还单独具addFrist(),addLast(),getFrist(),getLast(),removeFirst(),removeLast()方法，这些方法使得LinkedList可以作为堆栈，队列，和双队列来使用。

说白了，ArrayList和LinkedList就是数据结构中的顺序存储表和链式存储表。

ArrayList构造原理
上面已经清楚ArrayList和LinkedList就是数据结构的顺序表和链表(不清楚的翻翻数据结构的书)，下面简单分析一下它们的实现方式。
下表是摘自sum提供的ArrayList的api文档

ArrayList()
          构造一个初始容量为 10 的空列表。
ArrayList(Collection c)
          构造一个包含指定 collection 的元素的列表，这些元素是按照该 collection 的迭代器返回它们的顺序排列的。
ArrayList(int initialCapacity)
          构造一个具有指定初始容量的空列表。

第一个构造函数是没有默认构建了一个初始容量10的空列表，第二个构造函数是制定collection元素的列表，第三个构造函数是由用户指定构造的列表初始化容量多少，如果使用第一个构造函数则表示默认调用该参数为initialCapacity=10来构造一个列表对象。

ArrayList源码稍微进行分析

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
    private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;

    private transient Object[] elementData;

    private int size;

    public ArrayList(int initialCapacity) {
    super();
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
    this.elementData = new Object[initialCapacity];
    }

    public ArrayList() {
    this(10);
    }

    public ArrayList(Collection extends E> c) {
    elementData = c.toArray();
    size = elementData.length;
    // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
    if (elementData.getClass() != Object[].class)
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
    }

    public int size() {
    return size;
    }

}

可以发现ArrayList中包含两个主要的属性

private transient Object[] elementData;

private int size;

其中elementData[]是列表的实现的核心数组，我们使用该数组来存放集合中的数据，而我们的构造函数所传递的initialCapacity参数是构建该数组的长度。
在看看size的实现形式，它的作用是返回size的属性值的大小，我们再看看另外一个构造函数public ArrayList(Collection c)，该构造函数的作用是把另外一个容器对象中的元素放入当点的List对象中。首先是通过调用另外一个容器对象c的size()来设置当前List对象的size属性的长度大小。接下来就似乎对elementData[]数组进行初始化，最后通过Arrays.copyOf(U[] original, int newLength, Class newType)方法把当前容器中的对象都存放进新的数组elementData，主要就完成了一个列表的创建。

ArrayList容量扩充
还有一个问题就是我们所建立的ArrayList是使用数组来实现的，但数组的长度一旦被初始化就不能改变，而我们在给此列表对象添加元素时却没有受到长度的限制，所以，ArrayList的elementData属性一定是存在一个动态扩充容量的机制，下面把相关的部分源码贴出来再做研究

public boolean add(E e) {
    ensureCapacity(size + 1);  // Increments modCount!!
    elementData[size++] = e;
    return true;
    }

    protected transient int modCount = 0;

    /**
     * Increases the capacity of this ArrayList instance, if
     * necessary, to ensure that it can hold at least the number of elements
     * specified by the minimum capacity argument.
     *
     * @param   minCapacity   the desired minimum capacity
     */
    public void ensureCapacity(int minCapacity) {
    modCount++;
    int oldCapacity = elementData.length;
    if (minCapacity > oldCapacity) {
        Object oldData[] = elementData;
        int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;
            if (newCapacity < minCapacity)
        newCapacity = minCapacity;
            // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }
    }

看看public boolean add(E e)方法，可以发现在添加一个元素到容器中的时候，我们会先通过ensureCapacity(size + 1)判断该数组是否需要扩充。
public void ensureCapacity(int minCapacity)这个方法是用来判断当前的数组是否需要扩充，并且该扩充多少。modCount++; 表示当前的对象对elementData数组进行了多少次扩充，清空和移除等操作，相当于是一个对当前List对象的一个操作记录数。
int oldCapacity = elementData.length; 初始化oldCapacity，表示为当前elementData数组的长度。
if (minCapacity > oldCapacity) 判断minCapacity和oldCapacity谁大，来决定是否需要扩充。
int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1; 扩充的策列是判断(oldCapacity * 3)/2 + 1和minCapacity两者之间谁更大，取更大的数作为扩充后数组的initialCapacity值，然后使用数组拷贝的方式，把以前的数据转移到新的数组对象中
如果minCapacity 小于 oldCapacity 就不需要再扩充。

ArrayList删除元素

public E remove(int index) {
    RangeCheck(index);

    modCount++;
    E oldValue = (E) elementData[index];

    int numMoved = size - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                 numMoved);
    elementData[--size] = null; // Let gc do its work

    return oldValue;
    }

    private void RangeCheck(int index) {
    if (index >= size)
        throw new IndexOutOfBoundsException(
        "Index: "+index+", Size: "+size);
    }

在看看ArrayList移除元素是怎么实现的，首先判断需要删除的index是否在elementData数组的下标内，如不存在则抛出IndexOutOfBoundsException。
modCount++; 与扩充元素一个，删除元素也记下来操作数。
E oldValue = (E) elementData[index]; 获取需要删除元素的对象。
int numMoved = size - index - 1; 获取需要被删除元素的下标，删除该元素后，数组需要在此元素下标后的所有对象进行内存的移动。
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,numMoved);对numMoved后面的所有对象通过copy的方式进行内存的移动重新构建数组。

说完ArrayList的实现，再说说linkedList

构建双链表(LinkedList)
LinkedList是类似于C语言的双链表，双链表比单链表多了一个域，这个双链表就有了三个域，一个域来用存储数据元素，一个用来指向后续节点，另一个是指向结点的直接前驱节点。

public class LinkedList<E>
    extends AbstractSequentialList<E>
    implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
    private transient Entry<E> header = new Entry<E>(null, null, null);
    private transient int size = 0;

    public LinkedList() {
        header.next = header.previous = header;
    }

    private static class Entry<E> {
    E element;
    Entry<E> next;
    Entry<E> previous;

    Entry(E element, Entry<E> next, Entry<E> previous) {
        this.element = element;
        this.next = next;
        this.previous = previous;
    }
    }

}

在Entry类中，定义了三个属性，分别为E element 表示数据与，Entry next为后续指针域，Entry previous为前驱指针域。
在LinkedList中定义了一个重要的属性header，头结点，不会纳入链表的总元素,该节点的previous是指向最后节点，next是指向第一节点。
构造函数LinkedList() 构造一个空列表。将header的前驱指针域和后续指针域都指向了自己,看到这里可以发现，next和previous就是一个引用，其实也相等于C里面的指针，不过C不会处理空指针，直接放操作系统处理了，java就直接抛出NullPointerException，根本不让它破坏系统的机会。

LinkedList元素变动
上面说到了LinkedList的新增和删除的效率比ArrayList的高，实际上在链表操作这些方法时，只需要改变2个节点各自的前驱指针和后续指针域，而ArrayList是需要移动很多的元素。

public boolean add(E e) {
    addBefore(e, header);
        return true;
    }

    private Entry<E> addBefore(E e, Entry<E> entry) {
    Entry<E> newEntry = new Entry<E>(e, entry, entry.previous);
    newEntry.previous.next = newEntry;
    newEntry.next.previous = newEntry;
    size++;
    modCount++;
    return newEntry;
    }

    private E remove(Entry<E> e) {
    if (e == header)
        throw new NoSuchElementException();

        E result = e.element;
    e.previous.next = e.next;
    e.next.previous = e.previous;
        e.next = e.previous = null;
        e.element = null;
    size--;
    modCount++;
        return result;
    }

相比ArrayList的add()方法，LinkedList实现起来非常简单，主要是两行代码：
newEntry.previous.next = newEntry;将上一节点的后续节点指向新增的节点
newEntry.next.previous = newEntry;头节点的前驱节点指向新增节点，size和modCount自增记录。

同样remove的实现也非常简单
e.previous.next = e.next;该节点的后一节点的后去节点指向该节点的后驱节点，
e.next.previous = e.previous;该节点的后一节点的前驱节点指向该节点的前驱节点。
e.next = e.previous = null;把该节点的前驱节点和后驱节点全部指向null。
e.element = null;把该节点的数据域设置为null。

随机访问
相比顺序表，链表的随机访问效率要低得多(理论说法，不是绝对)，ArrayList可以根据索引号进行随机访问，而LinkedList则不要遍历访问。

public E get(int index) {
        return entry(index).element;
    }

    private Entry<E> entry(int index) {
        if (index < 0 || index >= size)
            throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+
                                                ", Size: "+size);
        Entry<E> e = header;
        if (index < (size >> 1)) {
            for (int i = 0; i <= index; i++)
                e = e.next;
        } else {
            for (int i = size; i > index; i--)
                e = e.previous;
        }
        return e;
    }

上列的代码是对一个链表的遍历，其中包含了一个算法，如果给的索引号小于总节点数的一半，则在链表的前半部分第一个节点完进行遍历，如果给的索引号大于总节点数的一半，则从最后一个节点往前进行遍历直到索引号。

最后总结一下ArrayList和LinkedList的各自特点
1.ArrayList是基于线性表的顺序存储表，LinkedList是基本线性表的链表存储表。
2.对于新增和删除元素，LinkedList比较占有优势，只需要变前后2个节点，而ArrayList要移动数据。
3.对于随机访问来说，ArrayList比较占有优势，可以根据索引号快速访问，而LinkedList则需要遍历集合的元素来定位。
4.而对于迭代操作(iterate)和查找操作(indexOf)，两者是差不多。
不过上面都是基于理论，具体问题还是要根据事实进行分析，如ArrayList删除的元素刚好是队列的最后一个元素，那么是无需要移动数据的，大体我们可以认为需要随机访问较多的那么比较适合用ArrayList，如果是插入和删除(如消息队列)较多的那么就需要考虑LinkedList。

上面主要是参考了jdk源码，数据结构和一些相关资料本着好记性不如烂博客的精神记录下来，希望朋友们如果发觉哪里不对请指出来，虚心请教

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by 陈于喆
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陈于喆 2011-01-16 17:36 发表评论

java数据结构-set

陈于喆 — Thu, 06 Jan 2011 10:07:00 GMT

看一段set的简单应用代码

        Set<String> set = new HashSet<String>();
        String a = "1",b = "2",c = "1",d = "3",e = "2";
        set.add(a);
        set.add(b);
        set.add(c);
        set.add(d);
        set.add(e);

        Iterator it = set.iterator();
        while(it.hasNext()){
            String s = (String)it.next();
            System.out.print(s+",");
        }
        System.out.println("一共有对象："+set.size()+"个"); //打印结果是：3,2,1,一共有对象：3个

我们都知道Set是一种最简单的集合，对象的排序无特定的规则，集合里面存放的是对象的引用，所以没有重复的对象，在上面的代码中，程序创建了a、b、c、d、e五个变量，其中a和c，b和e所引用的字符串是一致的，然后向set添加了这5个变量。打印出来的size()只有3个，实际上向集合加入的只有3个对象，在执行Set的add()方法时已经进行了判断这个对象是否存在于集合，如果对象已经存在则不继续执行。

Set的接口有两个实现类，HashSet和TreeSet，HashSet是按照哈希算法来进行存取集合中的对象，存取速度比较快，TreeSet类显示了SortedSet接口，具有排序功能

HashSet
HashSet是按照哈希算法来存取集合中的对象，具有很好的存取和查找性能，当向集合中加入一个对象时，HashSet会调用对象的hashCode()方法来获取哈希码，然后根据这个哈希吗来计算对象在集合中的存放位置。
在Object类中定义了hashCode()和equal()，equal()是按照内存地址比较对象是否相同，如果object1.equal(object1)w为true时，则表明了object1和object2变量实际上引用了同一个对象，那么object1和object2的哈希码也是肯定相同。
稍微的看看HashSet的源码

public class HashSet<E>
    extends AbstractSet<E>
    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{

    private transient HashMap<E,Object> map;
    private static final Object PRESENT = new Object();
        public HashSet() {
        map = new HashMap<E,Object>();
    }

    public boolean add(E e) {
        return map.put(e, PRESENT)==null;
    }
}

public class HashMap<K,V>
    extends AbstractMap<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable
{

    public V put(K key, V value) {
        if (key == null)
            return putForNullKey(value);
        int hash = hash(key.hashCode());
        int i = indexFor(hash, table.length);
        for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
            Object k;
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;
            }
        }

        modCount++;
        addEntry(hash, key, value, i);
        return null;
    }

}

我们会发现我们调用Set的add()方法其实是返回一个transient HashMap.put(e, PRESENT)，再跟进HashMap的put(K key, V value)方法进行查看,可以看到int hash = hash(key.hashCode());使用了set.add(key)的key做了一个哈希处理得到一个哈希码，然后再将Entry做了一个遍历，使用equal()方法对讲原有的对象和新添加的对象进行了一个比较，如果出现了true的情况，就直接返回一个oldValue，如果在遍历对比的过程中没有出现ture的情况，则继续一下的步骤modCount++，将对象总数自加，并且继续执行addEntry()的操作，下面涉及HashMap的操作就不继续。

实际上HashSet的底层实现是基于HashMap，所以在此处涉及到Hash算法不展开，详细可以见另一篇《java数据结构-HashMap》

TreeSet
TreeSet类是实现了SortedSet接口，所以能够对集合中的对象进行排序

        Set iset = new TreeSet();
        iset.add(new Integer(1));
        iset.add(new Integer(10));
        iset.add(new Integer(5));
        iset.add(new Integer(8));
        iset.add("2");
        Iterator it2 = iset.iterator();
        while(it2.hasNext()){
            Integer s = (Integer)it2.next();
            System.out.print(s+",");
        }
        System.out.println("一共有对象："+iset.size()+"个");//打印出来的结果：1,2,5,8,10,一共有对象：5个

当TreeSet向集合加入一个对象时，会把它插入到有序的对象序列中，TreeSet包括了两种排序方式，自然排序和客户化排序，在默认的情况下使用自然排序。

自然排序
在jdk类库中，有部分类实现了Comparable接口，如Integer，Double等等，Comparable接口有一个compareTo()方法可以进行比较，TreeSet调用对象的compareTo()方法比较集合中对象的大小，然后进行升序排序。如Integer：

基于Comparable的属性，使用自然排序时，只能向TreeSet集合中加入同类型的对象，并且这些对象的类必须实现了Comparable的接口，以下我们尝试向TreeSet集合加入两个不同类型的对象，会发现抛出ClassCastException

Set iset = new TreeSet();
iset.add(new Integer(1));
iset.add(new Integer(8));
iset.add("2");
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: java.lang.Integer

我们再打开TreeSet的源码进行查看

public class TreeSet<E> extends AbstractSet<E>
    implements NavigableSet<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
    private transient NavigableMap<E,Object> m;

    private static final Object PRESENT = new Object();

    public boolean add(E e) {
    return m.put(e, PRESENT)==null;
    }

}

NavigableMap为接口，实现类为TreeMap

public class TreeMap<K,V>
    extends AbstractMap<K,V>
    implements NavigableMap<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable
{
    private final Comparator super K> comparator;

    private transient Entry<K,V> root = null;

    public V put(K key, V value) {
        Entry<K,V> t = root;
        if (t == null) {
        // TBD:
        // 5045147: (coll) Adding null to an empty TreeSet should
        // throw NullPointerException
        //
        // compare(key, key); // type check
            root = new Entry<K,V>(key, value, null);
            size = 1;
            modCount++;
            return null;
        }
        int cmp;
        Entry<K,V> parent;
        // split comparator and comparable paths
        Comparator super K> cpr = comparator;
        if (cpr != null) {
            do {
                parent = t;
                cmp = cpr.compare(key, t.key); //此处如果类别不相同可能抛出ClassCastException
                if (cmp < 0)
                    t = t.left;
                else if (cmp > 0)
                    t = t.right;
                else
                    return t.setValue(value);
            } while (t != null);
        }
        else {
            if (key == null)
                throw new NullPointerException();
            Comparable super K> k = (Comparable super K>) key;
            do {
                parent = t;
                cmp = k.compareTo(t.key);
                if (cmp < 0)
                    t = t.left;
                else if (cmp > 0)
                    t = t.right;
                else
                    return t.setValue(value);
            } while (t != null);
        }
        Entry<K,V> e = new Entry<K,V>(key, value, parent);
        if (cmp < 0)
            parent.left = e;
        else
            parent.right = e;
        fixAfterInsertion(e);
        size++;
        modCount++;
        return null;
    }

}

首先判断原始集合是否存在，如果不存在则直接创建，无需比较。
如果原始集合存在的话，先去取出Comparator对象，然后遍历原始集合t，使用parent为临时比较值，逐个使用compare(key, t.key)方法与添加对象key进行比较，决定元素排在集合的left或right。

客户端排序
客户端排序时因为java.util.Comparator接口提供了具体的排序方式，指定了被比较对象的类型，Comparator有个compare(Type x,Type y)的方法，用于比较两个对象的大小。

public class NameComparator implements Comparator<Name>{

    public int compare(Name n1,Name n2){
        if(n1.getName().compareTo(n2.getName())>0) return -1;
        if(n1.getName().compareTo(n2.getName())<0) return 1;

        return 0;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Set<Name> set = new TreeSet<Name>(new NameComparator());

        Name n1 = new Name("ray");
        Name n2 = new Name("tom");
        Name n3 = new Name("jame");
        set.add(n1);
        set.add(n2);
        set.add(n3);

        Iterator it = set.iterator();
        while(it.hasNext()){
            Name s = (Name)it.next();
            System.out.print(s.getName()+",");
        }
        System.out.println("一共有对象："+set.size()+"个");
    }
}//打印结果是：tom,ray,jame,一共有对象：3个

道理与自然排序其实相同，都是通过实现Comparator接口，就不细说了,可能有些说得不对的地方，欢迎指正

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by 陈于喆
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陈于喆 2011-01-06 18:07 发表评论