几张动态图清晰展示常用数据结构及其设计原理
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：
1. LinkedList
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)
2. ArrayList
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。
3. Stack
Stack是经典的数据结构，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()
4. 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
5. 队列
与Stack的区别在于：Stack的删除与添加都在队尾进行，而Queue删除在队头，添加在队尾。
ArrayBlockingQueue
生产消费者中常用的阻塞有界队列，FIFO。
put(E)
put(E) 队列满了
final ReentrantLock lock = this.lock;
lock.lockInterruptibly();
try {
while (count == items.length)
notFull.await();
enqueue(e);
} finally {
lock.unlock();
}
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。
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 }
6. 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。dk8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)
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".
1 //定义两条链
2 //原来的hash值新增的bit为0的链，头部和尾部
3 Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
4 //原来的hash值新增的bit为1的链，头部和尾部
5 Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
6 Node<K,V> next;
7 //循环遍历出链条链
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 //扩容前后位置不变的链
26 if (loTail != null) {
27 loTail.next = null;
28 newTab[j] = loHead;
29 }
30 //扩容后位置加上原数组长度的链
31 if (hiTail != null) {
32 hiTail.next = null;
33 newTab[j + oldCap] = hiHead;
34 }
7. LinkedHashMap
继承自HashMap，底层额外维护了一个双向链表来维持数据有序。可以通过设置accessOrder来实现FIFO(插入有序)或者LRU(访问有序)缓存。
put(K, V)
get(K)
accessOrder为false的时候，直接返回元素就行了，不需要调整位置。
accessOrder为true的时候，需要将最近访问的元素，放置到队尾。
removeEldestEntry 删除最老的元素
作者：大道方圆
原文：
https://www.cnblogs.com/xdecode/p/9321848.html
转载声明：本文转载自公众号【程序员私房菜】。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/Ri-DOhKzjj8jHx_Xy3okiA
- 点赞
- 收藏
- 关注作者
评论（0）