Java中常见的数据结构

1、数据结构有什么作用？

当使用 Java 里面的容器类时，你有没有想过，怎么 ArrayList 就像一个无限扩充的数组，也好像链表之类的。很好使用，这就是数据结构的用处，只不过你在不知不觉中使用了。

数据结构内容比较多，细细的讲解也是相对费功夫的，不可能达到一蹴而就。我就将常见的数据结构：堆栈、队列、数组、链表和红黑树 给大家介绍一下，作为数据结构的入门，了解一下它们的特点即可。

2、常见的数据结构

数据存储的常用结构有：栈、队列、数组、链表和红黑树。

栈

• 栈：stack, 又称堆栈，它是运算受限的线性表，其限制是仅允许在标的一端进行插入和删除操作，不允许在其他任何位置进行添加、查找、删除等操作。

  简单的说：采用该结构的集合，对元素的存取有如下的特点:

• 先进后出（存进去的元素，要在后它后面的元素依次取出后，才能取出该元素）。
• 栈的入口、出口的都是栈的顶端位置。

需要注意的 2 个名词

• 压栈：就是存元素。即，把元素存储到栈的顶端位置，栈中已有元素依次向栈底方向移动一个位置。
• 弹栈：就是取元素。即，把栈的顶端位置元素取出，栈中已有元素依次向栈顶方向移动一个位置。

队列

• 队列：queue, 简称队，它同堆栈一样，也是一种运算受限的线性表，其限制是仅允许在表的一端进行插入，而在表的另一端进行删除。

  简单的说，采用该结构的集合，对元素的存取有如下的特点：

• 先进先出（存进去的元素，要在后它前面的元素依次取出后，才能取出该元素）。
• 队列的入口、出口各占一侧。

栈和队列的结构图:

数组

• 数组:Array, 是有序的元素序列，数组是在内存中开辟一段连续的空间，并在此空间存放元素。

  简单的说, 采用该结构的集合，对元素的存取有如下的特点：

• 查找元素快：通过索引，可以快速访问指定位置的元素

• 增删元素慢

  指定索引位置增加元素：需要创建一个新数组，将指定新元素存储在指定索引位置，再把原数组元素根据索引，复制到新数组对应索引的位置。

  指定索引位置删除元素：需要创建一个新数组，把原数组元素根据索引，复制到新数组对应索引的位置，原数组中指定索引位置元素不复制到新数组中。

  数组的结构示意图：

链表

• 链表:linked list, 由一系列结点 node（链表中每一个元素称为结点）组成，结点可以在运行时 i 动态生成。

  每个结点包括两个部分：

  一个是存储数据元素的数据域，

  一个是存储下一个结点地址的指针域。

  链表结构有 单向链表 与双向链表。

  采用该结构的集合，对元素的存取有如下的特点：

  • 多个结点之间，通过地址进行连接。
  • 查找元素慢：想查找某个元素，需要通过连接的节点，依次向后查找指定元素。

  • 增删元素快：

    • 增加元素：只需要修改连接下个元素的地址即可。
    • 删除元素：只需要修改连接下个元素的地址即可。

红黑树

• 二叉树 ：binary tree , 是每个结点不超过 2 的有序 树（tree）。

  简单的理解，就是一种类似于树的结构，只不过每个结点上都最多只能有两个子结点。

  二叉树是每个节点最多有两个子树的树结构。顶上的叫根结点，两边被称作“左子树”和“右子树”。

  结构示意图：

二叉树的一种比较有意思的叫做 红黑树，红黑树本身就是一颗二叉查找树，将节点插入后，该树仍然是一颗二叉查找树。也就意味着，树的键值仍然是有序的。

红黑树的约束:

1. 节点可以是红色的或者黑色的
2. 根节点是黑色的
3. 叶子节点 (特指空节点) 是黑色的
4. 每个红色节点的子节点都是黑色的
5. 任何一个节点到其每一个叶子节点的所有路径上黑色节点数相同

红黑树的特点:

速度特别快, 趋近平衡树, 查找叶子元素最少和最多次数不多于二倍。