首页 > 代码库 > Java学习笔记——浅谈数据结构与Java集合框架（第一篇、List）
Java学习笔记——浅谈数据结构与Java集合框架（第一篇、List）
横看成岭侧成峰，远近高低各不同。
不识庐山真面目，只缘身在此山中。
——苏轼
这一块儿学的是云里雾里，咱们先从简单的入手。逐渐的拨开迷雾见太阳。本次先做List集合的三个实现类的学习笔记
List特点：有序，元素可重复。其实它的本质就是一个线性表（下面会说到）
先上图，Java集合有Collection体系和Map体系：
然后简单介绍一下数据结构和算法：
数据结构就是数据和数据之间的关系，好比分子结构，晶体结构。碳原子按照一定的方式组合在一起形成碳分子，碳分子再按照一定方式形成晶体。
算法是对解题步骤的描述，体现在计算机上就是指令的有限序列
数据结构分为逻辑结构和物理结构。
逻辑结构：
物理结构：
顺序存储结构和链式存储结构。
顺序存储结构：在内存中开辟若干的连续空间，将每个空间存入数据，数据关联与其地址一致。比如数组。
上代码：
1 public class Test01 { 2 3 public static void main(String[] args) { 4 Integer[] arr = new Integer[10]; 5 //向数组中插入元素 6 for (int i = 0; i < arr.length; i++) { 7 arr[i] = i; 8 } 9 //将其中一个元素变为null; 10 arr[3] = null; 11 //出现碎片 12 for (Integer item : arr) { 13 System.out.println(item); 14 } 15 System.out.println("==========="); 16 arr[3] = 12;//存取方便，可直接赋值或取值 17 //删除第X个元素，但要避免碎片产生: 18 int x = 2; 19 arr[x-1]=null;//第二个元素引用变为null，该步骤可以省略，因为下面又更改了arr[x-1]的引用。写上仅为便于理解 20 //第X个元素之后的元素前移，代码表现为把后面的值依次赋给前面，从第X个开始 21 for (int i = x-1; i < arr.length-1; i++) { 22 arr[i] = arr[i+1]; 23 } 24 //length-1，需要新建数组来保存原数组 25 Integer[] newArr = new Integer[arr.length-1]; 26 for (int i = 0; i < newArr.length; i++) { 27 newArr[i]=arr[i]; 28 System.out.println(newArr[i]); 29 } 30 System.out.println("============"); 31 //第Y个位置插入一个元素 32 int y = 5; 33 //需要后移，所以先创建数组length+1 34 Integer [] newArr2 = new Integer[newArr.length+1]; 35 for (int i = 0; i < newArr.length; i++) { 36 newArr2[i] = newArr[i]; 37 } 38 //后移 39 for (int i = newArr2.length-1; i > y-1 ; i--) { 40 newArr2[i]=newArr2[i-1]; 41 } 42 //插入 43 newArr2[y-1] = 22; 44 //遍历输出 45 for (int i = 0; i < newArr2.length; i++) { 46 System.out.println(newArr2[i]); 47 } 48 } 49 50 }
出结论：
顺序存储结构：
优点：1无需为表示表中元素之间的逻辑关系而添加空间
2可以快速地存取表中任意位置的元素
缺点：1插入和删除操作需要移动大量元素
2需要考虑索引越界为题
3扩容空间可能会造成空间浪费，缩小空间又可能会索引越界
4null值会造成空间“碎片”
链式存储结构：每个元素只记住它下一个元素是谁（地址）。
链式存储结构有多种，这里只介绍Java的链式存储结构：双向链表
上代码：
1 public class MyLinkedListDemo { 2 3 public static void main(String[] args) throws Exception { 4 MyLinkList<String> list = new MyLinkList<>(); 5 list.addFist("张三"); 6 list.addFist("李四"); 7 list.addLast("张三"); 8 list.addLast("李四"); 9 list.print(); 10 System.out.println("==========="); 11 list.add(2,"王五"); 12 list.print(); 13 System.out.println("==========="); 14 list.add(5,"王五"); 15 System.out.println(list.getSize()); 16 list.add(7,"王五");//这里会抛出空指针异常 17 } 18 }
1 public class MyLinkList<E> { 2 3 Node<E> first; 4 Node<E> last; 5 6 public void addFist(E e){ 7 if (first == null) { 8 final Node<E> newNode = new Node<E>(null, e, null);//第一次加入数据，为first,last赋初值 9 first = newNode; 10 last = newNode; 11 }else{//否则把first的prev指向newNode，把newNode的next指向first，最后把newNode变为first 12 final Node<E> newNode = new Node<E>(null, e, first); 13 first.prev = newNode; 14 first = newNode; 15 } 16 } 17 public void addLast(E e){ 18 if (last == null) { 19 final Node<E> newNode = new Node<E>(null, e, null);//第一次加入数据，为first,last赋初值 20 first = newNode; 21 last = newNode; 22 }else{//否则把last的next指向newNode，把newNode的prev指向last，最后把newNode变为last 23 final Node<E> newNode = new Node<E>(last, e, null); 24 last.next = newNode; 25 last = newNode; 26 } 27 } 28 public void add (int index,E e) throws Exception{//下标超出链表长度会空指针，因为超出长度的部分prev和next都是null 29 if(index == 0){ 30 addFist(e); 31 }else if (index == getSize()) { 32 addLast(e); 33 }else { 34 //这里画张图想一下，我要在1处插入x，就要把x的prev指向0，next指向1，把0的next指向x，把1的prev指向x 35 //这里的1和0就是index和index-1，通过循环Node.next获取index对应的Node 36 //先拿到0和1 37 Node<E> tempNodeNext = first; 38 for (int i = 0; i < index; i++) { 39 tempNodeNext = tempNodeNext.next; 40 } 41 Node<E> tempNodePrev = tempNodeNext.prev; 42 //这里改指向 43 final Node<E> newNode = new Node<E>(tempNodePrev, e, tempNodeNext); 44 tempNodeNext.prev = newNode; 45 tempNodePrev.next = newNode; 46 } 47 } 48 public int getSize (){ 49 Node<E> temp = first; 50 int i = 0; 51 while(temp != null){ 52 temp = temp.next; 53 i++; 54 } 55 return i; 56 } 57 //由于不实现Iterable，只能提供打印方法 58 public void print() { 59 Node<E> temp = first; 60 while(temp != null){ 61 System.out.println(temp.item); 62 temp = temp.next; 63 } 64 } 65 private static class Node<E>{ 66 Node<E> prev; 67 E item; 68 Node<E> next; 69 Node(Node<E> prev, E item, Node<E> next) { 70 super(); 71 this.prev = prev; 72 this.item = item; 73 this.next = next; 74 } 75 } 76 }
出结论：
链式存储结构：
优点：插入和删除操作只需改变节点next和prev成员的指向即可，无需移位，无需扩容
缺点：失去了直接存取表中任意位置元素的能力
顺序存储结构和链式存储结构的对比：
1、存储分配方式：
顺序存储结构使用一段连续的存储单元依次存储线性表元素
链式存储结构使用任意存储单元存放线性表的元素
2、时间性能：
查找：
顺序存储结构O(1)
链式存储结构O(n)
插入和删除：
顺序存储结构O(n)
链式存储结构O(1)
3、空间性能：
顺序存储结构：空间分大了浪费，分小了上溢，还得扩容
链式存储结构：有空间就能分配，元素个数不受限制
言归正传。
ArrayList是顺序存储的线性表，LinkedList是链式存储的线性表
它们的特点都是有序，元素值可以重复。区别是底层算法不同。
Vector,这里我简单浏览了一下源代码，Vector底层算法和ArrayList是一样的
这里就不赘述了，直接说区别：
1、Vector的方法都是同步的(Synchronized),是线程安全的(thread-safe)，而ArrayList的方法线程不安全，由于线程的同步必然要影响性能，因此ArrayList的性能比Vector好。
2、Vector扩容时容量翻倍，而ArrayList只增加50%的大小，（直接查它们的grow()方法）这样,ArrayList就有利于节约内存空间。
总之ArrayList比Vector在性能方面（无论时间性能还是空间性能）都是能省则省。
List就说到这里。下一篇说说队列
Java学习笔记——浅谈数据结构与Java集合框架（第一篇、List）