Java所有集合背后使用的数据结构

Question

最近，面试官问我要提供java中所有集合（例如ArrayList，Map等）背后的数据结构时，我对此感到困惑。这些数据结构本身不是吗？ 如果没有，那么哪些数据结构支持它们？

Answer 1

ArrayList的基础数据结构是Array，LinkedList是Link对象，HashMap是LinkedList或Tree的数组。 希望这可以帮助。

Answer 2

由于Java源代码提供了所有实现细节，因此，我将仅展示一堆最常用的collections ：

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• java.util.ArrayList<E>

ArrayList的实现内部回退到Object array 。

/**
 * The array buffer into which the elements of the ArrayList are stored.
 * The capacity of the ArrayList is the length of this array buffer. Any
 * empty ArrayList with elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA
 * will be expanded to DEFAULT_CAPACITY when the first element is added.
 */
transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

由于arrays具有固定大小，因此在每次add调用时， ArrayList都会通过对System::arrayCopy本地调用重新创建elementData （如有必要）。

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• java.util.LinkedList<E>

LinkedList的作用是对象引用而不是array 。 所有项E都存储在内部class Node<E>实例中：

private static class Node<E> {
    E item;
    Node<E> next;
    Node<E> prev;

    Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
        this.item = element;
        this.next = next;
        this.prev = prev;
    }
}

每个Node都有一个指向其下一个和上一个兄弟Node的指针。

LinkedList仅保留对其第一个和最后一个元素的引用，不支持ergo随机访问：

/**
 * Pointer to first node.
 * Invariant: (first == null && last == null) ||
 *            (first.prev == null && first.item != null)
 */
transient Node<E> first;

/**
 * Pointer to last node.
 * Invariant: (first == null && last == null) ||
 *            (last.next == null && last.item != null)
 */
transient Node<E> last;

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• java.util.HashMap<K,V>

它们将键和值存储到内部捆绑包类Node<K,V> extends Map.Entry<K,V> 。

通过函数调用HashMap::putVal将节点存储到Node array ：

/**
 * The table, initialized on first use, and resized as
 * necessary. When allocated, length is always a power of two.
 * (We also tolerate length zero in some operations to allow
 * bootstrapping mechanics that are currently not needed.)
 */
transient Node<K,V>[] table;

另外， Hashmap使用EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>>集合，该集合不断反映table的元素。

/**
 * Holds cached entrySet(). Note that AbstractMap fields are used
 * for keySet() and values().
 */
transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;

然后， entrySet作为可迭代collection公开：

for ( Map.Entry<String, Integer> entry : this.myMap.entrySet() ) { /* ... */ }

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• java.util.HashSet<E>

有趣的是HashSet<T>使用HashMap<T, Object> ，正如我们所见，它再次由java.util.Set<T>支持。

private transient HashMap<E,Object> map;

与其他java数据结构的主体相比，您会看到HashSet的主体受到限制，因为其大多数操作只是其内部HashMap结构的后备。

例如：

HashSet::add

public boolean add(E e) {
    return map.put(e, PRESENT)==null;
}

HashSet::iterator

public Iterator<E> iterator() {
    return map.keySet().iterator();
}