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前言
JAVA中的Map次要就是将一个键和一个值分割起来。尽管JAVA中曾经提供了很多Map的实现，为了学习并把握罕用的数据结构，从本篇开始我将本人实现Map的性能，本篇次要是通过数组和链表两种形式实现，之后提供二叉树，红黑树，散列表的版本实现。通过本人手写各个版本的Map实现，把握每种数据结构的优缺点，能够在理论的工作中依据须要抉择适宜的Map。
Map API的定义
在开始之前，咱们须要先定义出Map的接口定义，后续的版本都会基于此接口实现
public interface Map<K, V> {
void put(K key, V value);
V get(K key);
void delete(K key);
int size();
Iterable<K> keys();
default boolean contains(K key) {
return get(key) != null;
}
default boolean isEmpty() {
return size() == 0;
}
}
这个接口是最简略的一个Map定义，置信这些办法对于java程序员来说不会生疏；
基于链表实现Map
- 基于链表实现首先咱们须要定义一个Node节点，示意咱们须要存储的key、vlaue
class Node {
K key;
V value;
Node next;
public Node(K key, V value, Node next) {
this.key = key;
this.value = value;
this.next = next;
}
}- get办法的实现思路是遍历链表，而后比拟每个Node中的key是否相等，如果相等就返回value，否则返回null
@Override
public V get(K key) {
return searchNode(key).map(node -> node.value).orElse(null);
}
public Optional<Node> searchNode(K key) {
for (Node node = root; node != null; node = node.next) {
if (node.key.equals(key)) {
return Optional.of(node);
}
}
return Optional.empty();
}- put办法的实现思路也是遍历链表，而后比拟每个Node的key值是否相等，如果相等那么笼罩掉value，如果未查找到有key相等的node，那么就新建一个Node放到链表的结尾
@Override
public void put(K key, V value) {
Optional<Node> optionalNode = searchNode(key);
if (optionalNode.isPresent()) {
optionalNode.get().value = value;
return;
}
this.root = new Node(key, value, root);
}
- delete办法实现同样也须要遍历链表，因为咱们的是单向链表，删除某个节点有两种思路，第一种，在遍历链表的时候记录下以后节点的上一个节点，把上一个节点的next指向以后节点next;第二种，当遍历到须要删除的节点时，把须要删除节点的next的key、value齐全复制到须要删除的节点，把next指针指向next.next，比方：first – > A -> B -> C -> D -> E -> F -> G -> NULL,要删除 C 节点，就把D节点齐全复制到c中，而后C -> E，变相删除了C
@Override
public void delete(K key) {
// 第一种实现：
// for (Node node = first, preNode = null; node != null; preNode = node, node = node.next) {
// if (node.key.equals(key)) {
// if (Objects.isNull(preNode)) {
// first = first.next;
// } else {
// preNode.next = node.next;
// }
// }
// }
// 第二中实现:
for (Node node = first; node != null; node = node.next) {
if (node.key.equals(key)) {
Node next = node.next;
node.key = next.key;
node.value =next.value;
node.next = next.next;
}
}
}剖析下面基于链表实现的map，每次的put、get、delete都须要遍历整个链表，十分的低效，无奈解决大量的数据，工夫复杂度为O(N)
基于数组实现Map
基于链表的实现十分低效，因为每次操作都须要遍历链表，如果咱们的数据是有序的，那么查找的时候咱们能够应用二分查找法，那么get办法会放慢很多
为了体现出咱们的Map是有序的，咱们须要从新定义一个有序的Map
public interface SortedMap<K extends Comparable<K>, V> extends Map<K, V> {
int rank(K key);
}该定义要求key必须实现接口Comparable，rank办法如果key值存在就返回对应在数组中的下标，如果不存在就返回小于key键的数量
- 在基于数组的实现中，咱们会定义两个数组变量分部寄存keys、values；
- rank办法的实现：因为咱们整个数组都是有序的，咱们能够二分查找法（能够查看《老哥是时候来温习下数据结构与算法了》），如果存在就返回所在数组的下表，如果不存在就返回0
@Override
public int rank(K key) {
int lo = 0, hi = size - 1;
while (lo <= hi) {
int mid = (hi - lo) / 2 + lo;
int compare = key.compareTo(keys[mid]);
if (compare > 0) {
lo = mid + 1;
} else if (compare < 0) {
hi = mid - 1;
} else {
return mid;
}
}
return lo;
}- get办法实现：基于rank办法，判断返回的keys[index]与key进行比拟，如果相等返回values[index]，不相等就返回null
@Override
public V get(K key) {
int index = this.rank(key);
if (index < size && key.compareTo(keys[index]) == 0) {
return values[index];
}
return null;
}
- put办法实现：基于rank办法，判断返回的keys[index]与key进行比拟，如果相等间接批改values[index]的值，如果不相等示意不存在该key，须要插入并且挪动数组
@Override
public void put(K key, V value) {
int index = this.rank(key);
if (index < size && key.compareTo(keys[index]) == 0) {
values[index] = value;
return;
}
for (int j = size; j > index; j--) {
this.keys[j] = this.keys[j--];
this.values[j] = this.values[j--];
}
keys[index] = key;
values[index] = value;
size++;
}- delete办法实现：通过rank办法判断该key是否存在，如果不存在就间接返回，如果存在须要挪动数组
@Override
public void delete(K key) {
int index = this.rank(key);
if (Objects.isNull(keys[index]) || key.compareTo(keys[index]) != 0) {
return;
}
for (int j = index; j < size - 1; j++) {
keys[j] = keys[j + 1];
values[j] = values[j + 1];
}
keys[size - 1] = null;
values[size - 1] = null;
size--;
}
基于数组实现的Map，尽管get办法采纳的二分查找法，很快O(logN)，然而在解决大量数据的状况下效率仍然很低，因为put办法还是太慢；下篇咱们将基于二叉树来实现Map，持续改良晋升效率
文中所有源码已放入到了github仓库https://github.com/silently9527/JavaCore
最初（点关注，不迷路）
文中或者会存在或多或少的有余、谬误之处，有倡议或者意见也十分欢送大家在评论交换。
最初，写作不易，请不要白嫖我哟，心愿敌人们能够点赞评论关注三连，因为这些就是我分享的全副能源起源????
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