Java基础-----与Java集合相关的数据结构&Java集合特点、底层实现、是否线程安全&集合使用选取原则&集合的常见方法及遍历方式

与Java集合相关的数据结构

栈

队列

数组

链表

红黑树

直观图示

详解红黑树

红黑树介绍

红黑树又称R-B Tree，全称是Red-Black Tree，它是一种特殊的二叉查找树，红黑树的每个节点上都有存储位表示节点的颜色，可以是红或黑。
红黑树具有以下五个特性：
1）每个节点或者是黑色，或者是红色
2）根节点是黑色
3）每个叶子结点（NIL，这里的叶子结点不是传统的叶子结点，是指为空的叶子结点）是黑色。
4）如果一个结点是红色的，则它的子结点必须是黑色的
5）从一个结点到该结点的子孙结点的所有路径上包含相同数目的黑结点。
根据特性5，可以确保没有一条路径会比其他路径长处两倍，因而，红黑树是相对接*衡的二叉树。因为操作比如插入、删除和查找某个值的最坏情况时间都要求与树的高度成比例，这个在高度上的理论上限允许红黑树在最坏情况下都是高效的，而不同于普通的二叉查找树。

为什么说红黑树有一条路径会比其他路径长处两倍呢，注意到性质4导致了路径不能有两个毗连的红色节点就足够了。最短的可能路径都是黑色节点，最长的可能路径有交替的红色和黑色节点。因为根据性质5所有最长的路径都有相同数目的黑色节点，这就表明了没有路径能多于任何其他路径的两倍长。

红黑树的应用

红黑树的应用比较广泛，主要是用它来存储有序的数据，它的时间复杂度是O(lgn)O(lgn)，效率非常之高。

例如，Java集合中的TreeSet和TreeMap，HashSet（数组+红黑树：当哈希冲突的元素数大于8时）

C++的STL中的Set、Map，以及Linux虚拟内存的管理，都是通过红黑树去实现的。

红黑树的时间复杂度为: O(lgn)

红黑树基本操作

红黑树的基本操作是添加、删除。在对红黑树进行添加或删除之后，都会用到旋转方法。为什么呢？道理很简单，添加或者删除红黑树中的结点之后，红黑树就发生了变化，可能不满足红黑树的5条性质，也就不再是一棵红黑树了，而是一棵普通的树。而通过旋转，可以使这棵树重新成为红黑树。简单点说，旋转的目的是让树保持红黑树的特性。

Java集合特点、底层实现、是否线程安全

List

    List(有序,可重复)
        ArrayList
            底层数据结构是数组,查询快,增删慢
            线程不安全,效率高

        LinkedList
            底层数据结构是链表,查询慢,增删快
            线程不安全,效率高

        Vector
            底层数据结构是数组,查询快,增删慢
            线程安全,效率低

Set

    Set(无序,唯一)
        HashSet
            底层数据结构是哈希表。
            哈希表依赖两个方法：hashCode()和equals()
            执行顺序：
                首先判断hashCode()值是否相同
                    是：继续执行equals(),看其返回值
                        是true:说明元素重复，不添加
                        是false:就直接添加到集合
                    否：就直接添加到集合
            最终：
                自动生成hashCode()和equals()即可
                
            LinkedHashSet
                底层数据结构由链表和哈希表组成。
                由链表保证元素有序。
                由哈希表保证元素唯一。
        
        TreeSet
            底层数据结构是红黑树。(是一种自平衡的二叉树)
            如何保证元素唯一性呢?
                根据比较的返回值是否是0来决定
            如何保证元素的排序呢?
                两种方式
                    自然排序(元素具备比较性)
                        让元素所属的类实现Comparable接口
                    比较器排序(集合具备比较性)
                        让集合接收一个Comparator的实现类对象

Map

Map(双列集合)
    A:Map集合的数据结构仅仅针对键有效，与值无关。
    B:存储的是键值对形式的元素，键唯一，值可重复。
    
    HashMap
        底层数据结构是哈希表。线程不安全，效率高
            哈希表依赖两个方法：hashCode()和equals()
            执行顺序：
                首先判断hashCode()值是否相同
                    是：继续执行equals(),看其返回值
                        是true:说明元素重复，不添加
                        是false:就直接添加到集合
                    否：就直接添加到集合
            最终：
                自动生成hashCode()和equals()即可
        LinkedHashMap
            底层数据结构由链表和哈希表组成。
                由链表保证元素有序。
                由哈希表保证元素唯一。
    Hashtable
        底层数据结构是哈希表。线程安全，效率低
            哈希表依赖两个方法：hashCode()和equals()
            执行顺序：
                首先判断hashCode()值是否相同
                    是：继续执行equals(),看其返回值
                        是true:说明元素重复，不添加
                        是false:就直接添加到集合
                    否：就直接添加到集合
            最终：
                自动生成hashCode()和equals()即可
    TreeMap
        底层数据结构是红黑树。(是一种自平衡的二叉树)
            如何保证元素唯一性呢?
                根据比较的返回值是否是0来决定
            如何保证元素的排序呢?
                两种方式
                    自然排序(元素具备比较性)
                        让元素所属的类实现Comparable接口
                    比较器排序(集合具备比较性)
                        让集合接收一个Comparator的实现类对象

集合使用选取原则

是否是键值对象形式:
    是：Map
        键是否需要排序:
            是：TreeMap
            否：HashMap
        不知道，就使用HashMap。
        
    否：Collection
        元素是否唯一:
            是：Set
                元素是否需要排序:
                    是：TreeSet
                    否：HashSet
                不知道，就使用HashSet
                
            否：List
                要安全吗:
                    是：Vector
                    否：ArrayList或者LinkedList
                        增删多：LinkedList
                        查询多：ArrayList
                    不知道，就使用ArrayList
        不知道，就使用ArrayList

集合的常见方法及遍历方式

Collection:
    add()
    remove()
    contains()
    iterator()
    size()
    
    遍历：
        增强for
        迭代器
        
    |--List
        get()
        
        遍历：
            普通for
    |--Set

Map:
    put()
    remove()
    containskey(),containsValue()
    keySet()
    get()
    value()
    entrySet()
    size()
    
    遍历：
        根据键找值
        根据键值对对象分别找键和值

总结

一般Linked开头的都是链表。Array开头的都是数组。Tree开头的就是二叉树。Hash开头的就是散列表。

经常增添、删除，且还需要检索时为插入顺序用Linked 和 linkedhash

经常增添、删除用hash

如果要自动排序 且 去重 用 Tree

经常需要遍历查数据，用Array，遍历ArrayList用for循环效率比迭代器高。