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Java面试题 第四部分 数据结构

分类: 文章 • 2025-01-20 20:48:28

Collection集合类

HashMap
hashmap的底层结构

数组+List(JDK1.7以及之前)
数组+List(或者红黑树JDK1.8)
Java面试题 第四部分 数据结构

hashmap的put和get操作 (Array then List)

  1. hash到Array的某个节点上；
  2. 遍历节点的list；
  3. 判断是否相等，调用equals方法判断相等
  4. 判断是否需要进行扩容；
  5. 放入对象

hashmap成环的原因(JDK1.7以及之前的版本)

假设存在一个EntryList数据 A->B->NULL（后续补个图说明）

  1. 两条线程ThreadA&ThreadB进入对Map执行put方法插入数据C，发现此时map已经达到容量阈值
  2. 假设ThreadA优先执行，执行扩容，指针指向第一个元素A，准备开始采用头插法向新map迁移
  3. ThreadB开始执行，同样指针指向第一个元素A;
  4. ThreadA，开始头插法，新map中存在B->A->NULL(假设Hash结果所有数据还是路由到同一个entryList当中)
  5. ThreadB开始执行，同样持有元素A引用，往同一个新map插入，执行头插法，A->B-A(环的形成)
    并发的扩容，头插法，操作同一个新map，数据路由到新map的同一个节点上，四个条件导致了成环的问题

hashmap为什么线程不安全

hashmap没有加锁，put方法线程并发会出现数据覆盖，导致前置数据丢失；并发产生的扩容操作会导致hashmap成环，导致get方法执行时陷入死循环。

hashmap在JDK1.8之后的变化

（1）JDK1.8引入了红黑树
（2）JDK1.8将头插法换成尾插法 （解决了成环的问题）
（3）JDK对hash算法做了升级，亦或操作，找位置使用的

HashSet
1 hashset底层实现

HashSet的底层实现就是HashMap，使用了虚拟的valueObject对象

TreeMap

TreeMap的底层实现原理
Tree底层采用红黑树来实现 第一：构建排序二叉树，第二：平衡二叉树

List
ArrayList

ArrayList动态数组，初始10，扩容1/2，轮流拷贝，读大于写

LinkedList

LinkedList底层是双向队列，读取效率低，适合写大于读，无初始，无扩容

CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList实现原理(双内存) 初始化单个容器，共享读，存在写入操作时Copy容器，写入阶段但读取数据的请求依然读取老的容器，写入完成进行引用覆盖。通过两块内存达到读写分离的效果。

ConcurrentHashMap(//todo, 待完善)

树
二叉查找树

左子树小于父节点，右字数大于父节点
Java面试题 第四部分 数据结构

平衡二叉树(AVL)

左字树和右子树高度之差<=1 B-树
Java面试题 第四部分 数据结构

平衡多路查找树(B树)

不是二叉树，n阶查找树，每一个节点存储升序的真正data信息或data所在节点的地址指针（升序二分查找），键值和data一一对应
Java面试题 第四部分 数据结构

B+树

平衡多路查找树的优化，叶子节点存储data数据，非叶子节点数据所在地址key
Java面试题 第四部分 数据结构
B+树如何实现范围查询
（1）B+树在叶子节点存储数据信息，非叶子节点存放有序的数据索引信息
（2）B+树满足左子树比当前节点小，右子树比节点大的特性
（3）找到范围查询的两个临界点的索引，索引的磁盘地址区间数据即是范围查询的结果

红黑树
Java面试题 第四部分 数据结构

  1. 节点是红色或者黑色
  2. 根节点是黑色
  3. 每个叶子的节点都是黑色的空节点（NULL）
  4. 每个红色节点的两个子节点都是黑色的。
  5. 从任意节点到其每个叶子的所有路径都包含相同的黑色节点。

小结
HashTable&HashMap&ConcurrentHashMap

HashMap: 线程不安全
HashTable:线程安全,采用Sychronied实现的同步操作
ConcurrentHashMap：分段可重入锁 线程安全
（1）JDK1.8引入了红黑树
（2）CAS+Sychronized换掉了可重入锁 锁细化了 Sychronized不升级成重量级别锁就不会影响效率
（3）JDK1.8将头插法换成尾插法
（4）JDK对hash算法做了升级，亦或操作，找位置使用的

ArrayList&LinkedList

  1. ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构，LinkedList基于链表的数据结构。
  2. 对于随机访问get和set，ArrayList觉得优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针。
  3. 对于新增和删除操作add和remove，LinedList比较占优势，因为ArrayList要移动数据。

B树&B+树

  1. 所有关键字都出现在叶子结点的链表中（稠密索引），且链表中的关键字恰好是有序的；
  2. 不可能在非叶子结点命中；
  3. 非叶子结点相当于是叶子结点的索引（稀疏索引），叶子结点相当于是存储（关键字）数据的数据层；
    B+树的优势
    B+树的磁盘读写代价更低，节点存储关键字主键更多 B+树的数据信息遍历更加方便，
    遍历叶子节点就完成全遍历 B+树的查询效率更加稳定，直达叶子节点
    B+树的缺点
    缺点： 插入时，主键不是有序递增，插入数据产生大量的数据迁移和空间碎片

平衡二叉树&红黑树

红黑树，相比于平衡二叉树场景中对插入删除不频繁，只是对查找特别有要求，AVL还是优于红黑，红黑树，约束力比较弱的微平衡二叉树。最长路径不会是最短路径的两倍

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