Java 面試之數據結構

常見數據結構

HashMap、Hashtable、 ConcurrentHashMap

HashMap

• 底層實現：HashMap底層整體結構是一個數組，數組中的每個元素又是一個鏈表。每次添加一個對象（put）時會產生一個鏈表對象（Object類型），Map中的每個Entry就是數組中的一個元素（Map.Entry就是一個<Key,Value>），它具有由當前元素指向下一個元素的引用，這就構成了鏈表。
• 存儲原理：當向HsahMap中添加元素的時候，先根據HashCode重新計算Key的Hash值，得到數組下標，如果數組該位置已經存在其他元素，那麼這個位置的元素將會以鏈表的形式存放，新加入的放在鏈頭，最先加入的放在鏈尾，如果數組該位置元素不存在，那麼就直接將該元素放到此數組中的該位置。

Hashtable

比較點	HashMap	Hashtable
實現原理	見上小節	和HashMap的實現原理幾乎一樣
Key和Value	允許Key和Value爲null	不允許Key和Value爲null
擴容策略	2倍擴容oldThr << 1	2倍+1擴容(oldCapacity << 1) + 1
安全性	線程不安全	線程安全

Hashtable線程安全的策略實現代價很大，get/put所有相關操作都是synchronized的，在競爭激烈的併發場景中性能非常差。

ConcurrentHashMap

  ConcurrentHashMap是Java併發包中提供的一個線程安全且高效的HashMap實現，它採用了非常精妙的分段鎖策略，ConcurrentHashMap的主幹是Segment數組。Segment繼承於ReentrantLock，是一種可重入鎖。每個Segment都是一個子哈希表，Segment裏維護了一個HashEntry數組，併發環境下，對於不同Segment的數據進行操作不用考慮鎖競爭。

LinkedHashMap、TreeMap、TreeSet

• LinkedHashMap：順序存取的HashMap（基於數組和雙向鏈表實現）。
• TreeMap：內部排序（基於紅黑樹實現）。
• TreeSet：有序的Set集合（基於二叉樹實現）。

ArrayList、LinkedList、Vector

• ArrayList：動態數組（基於數組實現）。
• LinkedList：有序數組（基於雙向鏈表實現）。
• Vector：對象容器，可放入不同類的對象（基於數組實現）。

Collection與Collections

• Collection：集合類的上級接口，子接口主要有List、Set 、Queue等。
• Collections：提供對集合進行搜索、排序、替換和線程安全化等操作的工具類。

二叉樹

常見二叉樹概念

• B+樹：見數據庫部分https://blog.csdn.net/u012102104/article/details/79773362
• 平衡二叉樹（AVL樹）：各個結點左右子樹深度差的絕對值不超過1。
• 哈夫曼樹：帶權路徑長度最小的二叉樹稱爲最優二叉樹。哈夫曼樹構造不唯一，但所有葉子結點的帶權路徑長度之和都是最小的。

• 紅黑樹：一種自平衡二叉查找樹，它的性質有：

  1. 節點是紅色或黑色。
  2. 根節點是黑色。
  3. 每個葉子節點都是黑色的空節點（NIL節點）。
  4. 每個紅色節點的兩個子節點都是黑色。
  5. 從任一節點到其每個葉子的所有路徑都包含相同數目的黑色節點。

  從每個葉子到根的所有路徑上不能有兩個連續的紅色節點

二叉樹的遍歷

// 1. 先序遍歷算法 DLR
void Preorder ( BinTree bt ) {
    if ( bt ) {
        visit ( bt->data );
        Preorder ( bt->lchild );
        Preorder ( bt->rchild );
    }
}

// 2. 中序遍歷算法 LDR
void Inorder ( BinTree bt ) {
    if ( bt ) {
        Inorder ( bt->lchild );
        visit ( bt->data );
        Inorder ( bt->rchild );
    }
}

// 3. 後序遍歷 LRD
void Postorder ( BinTree bt ) {
    if ( bt ) {
        Postorder ( bt->lchild );
        Postorder ( bt->rchild );
        visit ( bt->data );
    }
}

// 4. 按層次遍歷。
/* 思路：利用一個隊列，首先將根（頭指針）入隊列，以後若隊列不空則取隊頭元素 p，
如果 p 不空，則訪問之，然後將其左右子樹入隊列，如此循環直到隊列爲空。*/
void LevelOrder ( BinTree bt ) {
    // 隊列初始化爲空
    InitQueue ( Q );
    // 根入隊列
    EnQueue ( Q, bt );
    // 隊列不空則繼續遍歷
    while ( ! QueueEmpty(Q) ) {
        DeQueue ( Q, p );
        if ( p!=NULL ) {
            visit ( p->data );
            // 左、右子樹入隊列
            EnQueue ( Q, p->lchild );
            EnQueue ( Q, p->rchild );
        }
    }
}

// 非遞歸遍歷二叉樹一般藉助棧實現