java中线性表，链表，哈希表是常用的数据结构

线性表，链表，哈希表是常用的数据结构，在进行Java开发时，JDK已经为我们提供了一系列相应的类来实现基本的数据结构。这些类均在java.util包中。本文试图通过简单的描述，向读者阐述各个类的作用以及如何正确使用这些类。    
   
  Collection  
  ├List  
  │├LinkedList  
  │├ArrayList  
  │└Vector  
  │　└Stack  
  └Set  
  Map  
  ├Hashtable  
  ├HashMap  
  └WeakHashMap  
   
  Collection接口  
  　　Collection是最基本的集合接口，一个Collection代表一组Object，即Collection的元素（Elements）。一些Collection允许相同的元素而另一些不行。一些能排序而另一些不行。Java   SDK不提供直接继承自Collection的类，Java   SDK提供的类都是继承自Collection的“子接口”如List和Set。  
  　　所有实现Collection接口的类都必须提供两个标准的构造函数：无参数的构造函数用于创建一个空的Collection，有一个Collection参数的构造函数用于创建一个新的Collection，这个新的Collection与传入的Collection有相同的元素。后一个构造函数允许用户复制一个Collection。  
  　　如何遍历Collection中的每一个元素？不论Collection的实际类型如何，它都支持一个iterator()的方法，该方法返回一个迭代子，使用该迭代子即可逐一访问Collection中每一个元素。典型的用法如下：  
  　　　　Iterator   it   =   collection.iterator();   //   获得一个迭代子  
  　　　　while(it.hasNext())   {  
  　　　　　　Object   obj   =   it.next();   //   得到下一个元素  
  　　　　}  
  　　由Collection接口派生的两个接口是List和Set。  
   
  List接口  
  　　List是有序的Collection，使用此接口能够精确的控制每个元素插入的位置。用户能够使用索引（元素在List中的位置，类似于数组下标）来访问List中的元素，这类似于Java的数组。  
  和下面要提到的Set不同，List允许有相同的元素。  
  　　除了具有Collection接口必备的iterator()方法外，List还提供一个listIterator()方法，返回一个ListIterator接口，和标准的Iterator接口相比，ListIterator多了一些add()之类的方法，允许添加，删除，设定元素，还能向前或向后遍历。  
  　　实现List接口的常用类有LinkedList，ArrayList，Vector和Stack。  
   
  LinkedList类  
  　　LinkedList实现了List接口，允许null元素。此外LinkedList提供额外的get，remove，insert方法在LinkedList的首部或尾部。这些操作使LinkedList可被用作堆栈（stack），队列（queue）或双向队列（deque）。  
  　　注意LinkedList没有同步方法。如果多个线程同时访问一个List，则必须自己实现访问同步。一种解决方法是在创建List时构造一个同步的List：  
  　　　　List   list   =   Collections.synchronizedList(new   LinkedList(...));  
   
  ArrayList类  
  　　ArrayList实现了可变大小的数组。它允许所有元素，包括null。ArrayList没有同步。  
  size，isEmpty，get，set方法运行时间为常数。但是add方法开销为分摊的常数，添加n个元素需要O(n)的时间。其他的方法运行时间为线性。  
  　　每个ArrayList实例都有一个容量（Capacity），即用于存储元素的数组的大小。这个容量可随着不断添加新元素而自动增加，但是增长算法并没有定义。当需要插入大量元素时，在插入前可以调用ensureCapacity方法来增加ArrayList的容量以提高插入效率。  
  　　和LinkedList一样，ArrayList也是非同步的（unsynchronized）。  
   
  Vector类  
  　　Vector非常类似ArrayList，但是Vector是同步的。由Vector创建的Iterator，虽然和ArrayList创建的Iterator是同一接口，但是，因为Vector是同步的，当一个Iterator被创建而且正在被使用，另一个线程改变了Vector的状态（例如，添加或删除了一些元素），这时调用Iterator的方法时将抛出ConcurrentModificationException，因此必须捕获该异常。  
   
  Stack   类  
  　　Stack继承自Vector，实现一个后进先出的堆栈。Stack提供5个额外的方法使得Vector得以被当作堆栈使用。基本的push和pop方法，还有peek方法得到栈顶的元素，empty方法测试堆栈是否为空，search方法检测一个元素在堆栈中的位置。Stack刚创建后是空栈。  
   
  Set接口  
  　　Set是一种不包含重复的元素的Collection，即任意的两个元素e1和e2都有e1.equals(e2)=false，Set最多有一个null元素。  
  　　很明显，Set的构造函数有一个约束条件，传入的Collection参数不能包含重复的元素。  
  　　请注意：必须小心操作可变对象（Mutable   Object）。如果一个Set中的可变元素改变了自身状态导致Object.equals(Object)=true将导致一些问题。  
   
  Map接口  
  　　请注意，Map没有继承Collection接口，Map提供key到value的映射。一个Map中不能包含相同的key，每个key只能映射一个value。Map接口提供3种集合的视图，Map的内容可以被当作一组key集合，一组value集合，或者一组key-value映射。  
   
  Hashtable类  
  　　Hashtable继承Map接口，实现一个key-value映射的哈希表。任何非空（non-null）的对象都可作为key或者value。  
  　　添加数据使用put(key,   value)，取出数据使用get(key)，这两个基本操作的时间开销为常数。  
  Hashtable通过initial   capacity和load   factor两个参数调整性能。通常缺省的load   factor   0.75较好地实现了时间和空间的均衡。增大load   factor可以节省空间但相应的查找时间将增大，这会影响像get和put这样的操作。  
  使用Hashtable的简单示例如下，将1，2，3放到Hashtable中，他们的key分别是”one”，”two”，”three”：  
  　　　　Hashtable   numbers   =   new   Hashtable();  
  　　　　numbers.put(“one”,   new   Integer(1));  
  　　　　numbers.put(“two”,   new   Integer(2));  
  　　　　numbers.put(“three”,   new   Integer(3));  
  　　要取出一个数，比如2，用相应的key：  
  　　　　Integer   n   =   (Integer)numbers.get(“two”);  
  　　　　System.out.println(“two   =   ”   +   n);  
  　　由于作为key的对象将通过计算其散列函数来确定与之对应的value的位置，因此任何作为key的对象都必须实现hashCode和equals方法。hashCode和equals方法继承自根类Object，如果你用自定义的类当作key的话，要相当小心，按照散列函数的定义，如果两个对象相同，即obj1.equals(obj2)=true，则它们的hashCode必须相同，但如果两个对象不同，则它们的hashCode不一定不同，如果两个不同对象的hashCode相同，这种现象称为冲突，冲突会导致操作哈希表的时间开销增大，所以尽量定义好的hashCode()方法，能加快哈希表的操作。  
  　　如果相同的对象有不同的hashCode，对哈希表的操作会出现意想不到的结果（期待的get方法返回null），要避免这种问题，只需要牢记一条：要同时复写equals方法和hashCode方法，而不要只写其中一个。  
  　　Hashtable是同步的。  
   
  HashMap类  
  　　HashMap和Hashtable类似，不同之处在于HashMap是非同步的，并且允许null，即null   value和null   key。，但是将HashMap视为Collection时（values()方法可返回Collection），其迭代子操作时间开销和HashMap的容量成比例。因此，如果迭代操作的性能相当重要的话，不要将HashMap的初始化容量设得过高，或者load   factor过低。  
   
  WeakHashMap类  
  　　WeakHashMap是一种改进的HashMap，它对key实行“弱引用”，如果一个key不再被外部所引用，那么该key可以被GC回收。  
   
  总结  
  　　如果涉及到堆栈，队列等操作，应该考虑用List，对于需要快速插入，删除元素，应该使用LinkedList，如果需要快速随机访问元素，应该使用ArrayList。  
  　　如果程序在单线程环境中，或者访问仅仅在一个线程中进行，考虑非同步的类，其效率较高，如果多个线程可能同时操作一个类，应该使用同步的类。  
  　　要特别注意对哈希表的操作，作为key的对象要正确复写equals和hashCode方法。  
  　　尽量返回接口而非实际的类型，如返回List而非ArrayList，这样如果以后需要将ArrayList换成LinkedList时，客户端代码不用改变。这就是针对抽象编程。