Java數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有哪些-java數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是什么
摘要
Java數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單說(shuō)就是Java里用來(lái)“整理和管理數(shù)據(jù)”的“工具箱”——它決定了數(shù)據(jù)怎么存、怎么取、怎么改，直接影響代碼的效率和穩(wěn)定性。不管你是剛學(xué)Java的新手，還是想跳槽的程序員，搞懂它都是繞不開(kāi)的坎：寫項(xiàng)目時(shí)選對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，代碼能快好幾倍；面試時(shí)被問(wèn)“ArrayList和LinkedList的區(qū)別”，答不上來(lái)可能就錯(cuò)失offer。今天這篇文章，咱們從“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)到底是啥”講起，把Java里常用的結(jié)構(gòu)一個(gè)個(gè)拆明白，附代碼示例和避坑指南，保證你看完就能用。
一、Java數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)到底是什么？先搞懂“為什么要學(xué)它”
你可能會(huì)說(shuō)：“我寫代碼就是定義變量、調(diào)API，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)聽(tīng)起來(lái)好抽象，有必要學(xué)嗎？”
舉個(gè)例子：你要存100個(gè)學(xué)生的成績(jī)，用數(shù)組存和用鏈表存，后續(xù)想查第50個(gè)學(xué)生的成績(jī)，前者可能0.001秒就搞定，后者可能要遍歷半天才找到——這就是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的影響。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)本質(zhì)是“數(shù)據(jù)的組織方式”，就像圖書館的書架：按編號(hào)排列（數(shù)組）、按類別分層（樹(shù)）、隨便堆在筐里（集合），不同的“擺法”，找書的效率天差地別。
對(duì)Java程序員來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)更是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)：
寫項(xiàng)目時(shí)：比如電商系統(tǒng)的購(gòu)物車，用HashMap存商品ID和數(shù)量，查商品時(shí)直接“按ID找”，比遍歷數(shù)組快10倍；
面試時(shí)：“HashMap底層原理”“紅黑樹(shù)怎么旋轉(zhuǎn)”幾乎是必考題，不懂基本過(guò)不了技術(shù)面；
解決問(wèn)題時(shí)：遇到“Top K問(wèn)題”（比如找銷量前10的商品），用堆結(jié)構(gòu)能輕松搞定，用數(shù)組硬算可能超時(shí)。
所以別再覺(jué)得它“沒(méi)用”——你寫的每一行代碼，背后都離不開(kāi)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的影子。
二、Java里常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有哪些？從基礎(chǔ)到進(jìn)階，一個(gè)個(gè)說(shuō)透
Java的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要分兩大類：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（數(shù)組、棧、隊(duì)列等）和集合框架（Java Collections Framework，簡(jiǎn)稱JCF，比如List、Set、Map）。咱們從最常用的開(kāi)始聊，每個(gè)都講清楚“是什么、怎么用、什么時(shí)候用”。
2.1 最“樸素”的結(jié)構(gòu)：數(shù)組（Array）——簡(jiǎn)單但夠用
定義：數(shù)組是Java里最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，就是“一組連續(xù)的內(nèi)存空間”，存相同類型的數(shù)據(jù)，通過(guò)下標(biāo)（索引）訪問(wèn)。
類比：就像你家的儲(chǔ)物柜，每個(gè)格子有編號(hào)（0、1、2...），格子里放的東西類型一樣（比如全是衣服），想拿第3個(gè)格子的衣服，直接按編號(hào)找就行。
特點(diǎn)：
優(yōu)點(diǎn)：查詢快（通過(guò)下標(biāo)直接訪問(wèn)，時(shí)間復(fù)雜度O(1)）、簡(jiǎn)單直觀；
缺點(diǎn)：長(zhǎng)度固定（初始化時(shí)必須指定大小，想擴(kuò)容得新建數(shù)組復(fù)制元素）、增刪慢（中間位置增刪元素，后面的元素都要移動(dòng)）。
適用場(chǎng)景：數(shù)據(jù)量固定、需要頻繁查詢、很少增刪的場(chǎng)景，比如存一周的溫度數(shù)據(jù)、學(xué)生的學(xué)號(hào)列表。
代碼示例：
// 定義一個(gè)長(zhǎng)度為5的int數(shù)組，存5個(gè)學(xué)生的成績(jī)
int[] scores = new int[5];
scores[0] = 90; // 存數(shù)據(jù)（下標(biāo)從0開(kāi)始）
scores[1] = 85;
System.out.println(scores[0]); // 查數(shù)據(jù)：直接通過(guò)下標(biāo)，輸出90
// 數(shù)組擴(kuò)容（手動(dòng)實(shí)現(xiàn)，實(shí)際開(kāi)發(fā)很少用，因?yàn)橛蠥rrayList）
int[] newScores = new int[10]; // 新建更大的數(shù)組
for (int i = 0; i < scores.length; i++) {
newScores[i] = scores[i]; // 復(fù)制舊數(shù)據(jù)
}
scores = newScores; // 指向新數(shù)組
2.2 最常用的“動(dòng)態(tài)數(shù)組”：ArrayList——數(shù)組的“升級(jí)版”
定義：ArrayList是Java集合框架里的“動(dòng)態(tài)數(shù)組”，底層還是數(shù)組，但解決了“長(zhǎng)度固定”的問(wèn)題——它會(huì)自動(dòng)擴(kuò)容（默認(rèn)初始容量10，滿了就按1.5倍擴(kuò)容）。
類比：就像帶“自動(dòng)擴(kuò)容功能”的儲(chǔ)物柜，你放滿了，它會(huì)自動(dòng)加一排新格子，不用你手動(dòng)搬東西。
特點(diǎn)：
優(yōu)點(diǎn)：查詢快（和數(shù)組一樣，O(1)）、自動(dòng)擴(kuò)容、支持動(dòng)態(tài)增刪（比數(shù)組方便）；
缺點(diǎn)：中間/頭部增刪慢（需要移動(dòng)元素，時(shí)間復(fù)雜度O(n)）、擴(kuò)容時(shí)可能浪費(fèi)內(nèi)存（比如實(shí)際只存11個(gè)元素，擴(kuò)容后容量是15，空4個(gè)格子）。
適用場(chǎng)景：需要頻繁查詢、增刪主要在尾部的場(chǎng)景，比如存用戶的瀏覽歷史（一般只在末尾加新記錄，查最近瀏覽直接取最后幾個(gè)）。
代碼示例：
import java.util.ArrayList;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
// 創(chuàng)建ArrayList，存String類型（不用指定長(zhǎng)度）
ArrayList
// 增：尾部添加元素（快）
history.add("首頁(yè)");
history.add("商品列表");
history.add("購(gòu)物車");
// 查：通過(guò)下標(biāo)（快）
System.out.println(history.get(1)); // 輸出“商品列表”
// 刪：中間元素（慢，因?yàn)楹竺娴脑匾耙疲?/p>
history.remove(1); // 刪除“商品列表”，此時(shí)列表變成["首頁(yè)","購(gòu)物車"]
// 遍歷
for (String s : history) {
System.out.println(s);
}
}
}
2.3 增刪“靈活選手”：LinkedList——鏈表的“代表”
定義：LinkedList底層是“雙向鏈表”，每個(gè)元素（節(jié)點(diǎn)）存數(shù)據(jù)+前后節(jié)點(diǎn)的地址，就像火車車廂，每個(gè)車廂連著前一個(gè)和后一個(gè)。
類比：春運(yùn)時(shí)排隊(duì)買票，你想插到中間，不用所有人都挪位置，只要前一個(gè)人和后一個(gè)人“認(rèn)識(shí)”你就行；你走了，前一個(gè)人和后一個(gè)人再重新“認(rèn)識(shí)”——這就是鏈表的增刪邏輯。
特點(diǎn)：
優(yōu)點(diǎn)：中間/頭部增刪快（只需要改前后節(jié)點(diǎn)的地址，時(shí)間復(fù)雜度O(1)）、不需要擴(kuò)容（節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)創(chuàng)建）；
缺點(diǎn)：查詢慢（必須從頭遍歷，時(shí)間復(fù)雜度O(n)）、占內(nèi)存多（每個(gè)節(jié)點(diǎn)要存前后地址）。
適用場(chǎng)景：需要頻繁在中間增刪的場(chǎng)景，比如實(shí)現(xiàn)“鏈表式隊(duì)列”“ undo/redo操作”（比如Word的撤銷功能，每次操作加到鏈表頭部，撤銷時(shí)直接取頭部元素）。
代碼示例：
import java.util.LinkedList;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
LinkedList
// 頭部添加（快，鏈表強(qiáng)項(xiàng)）
undoList.addFirst("輸入文字");
undoList.addFirst("插入圖片");
undoList.addFirst("設(shè)置格式");
// 查第一個(gè)元素（快，因?yàn)橛蓄^節(jié)點(diǎn)指針）
System.out.println(undoList.getFirst()); // 輸出“設(shè)置格式”
// 刪第一個(gè)元素（撤銷操作，快）
undoList.removeFirst(); // 此時(shí)列表變成["插入圖片","輸入文字"]
}
}
小提醒：別用fori循環(huán)遍歷LinkedList！因?yàn)槊看蝕et(i)都要從頭數(shù)，遍歷n個(gè)元素要O(n2)時(shí)間，用foreach循環(huán)（迭代器）才是O(n)。
2.4 去重“神器”：Set——不允許重復(fù)元素的集合
Set和List的最大區(qū)別是不允許重復(fù)元素（底層通過(guò)equals()和hashCode()判斷是否重復(fù)），常用的有HashSet和TreeSet。
2.4.1 HashSet：無(wú)序去重，性能之王
底層：哈希表（數(shù)組+鏈表/紅黑樹(shù)），存元素時(shí)先算hashCode找位置，相同hashCode再用equals比較。
特點(diǎn)：無(wú)序（存和取的順序可能不一樣）、去重快（O(1)）、允許存null（但只能存一個(gè)）。
適用場(chǎng)景：需要快速去重、不關(guān)心順序的場(chǎng)景，比如存用戶ID（避免重復(fù)登錄）。
代碼示例：
import java.util.HashSet;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
HashSet
userIds.add("u1001");
userIds.add("u1002");
userIds.add("u1001"); // 重復(fù)元素，添加失敗
System.out.println(userIds.size()); // 輸出2（只存了2個(gè)不重復(fù)的ID）
}
}
2.4.2 TreeSet：有序去重，自帶排序
底層：紅黑樹(shù)（一種平衡二叉樹(shù)），會(huì)按元素的自然順序（比如數(shù)字從小到大、字符串按字典序）排序。
特點(diǎn)：有序（按規(guī)則排序）、去重、查詢/增刪O(log n)（比HashSet慢一點(diǎn)）。
適用場(chǎng)景：需要去重且排序的場(chǎng)景，比如存學(xué)生成績(jī)并按分?jǐn)?shù)從高到低排列。
代碼示例：
import java.util.TreeSet;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
TreeSet
scores.add(85);
scores.add(90);
scores.add(75);
scores.add(90); // 重復(fù)，添加失敗
System.out.println(scores); // 輸出[75, 85, 90]（自動(dòng)排序）
}
}
2.5 鍵值對(duì)“王者”：Map——按“key”快速找“value”
Map是“鍵值對(duì)”集合，就像字典：“單詞”（key）對(duì)應(yīng)“解釋”（value），通過(guò)key能快速找到value。Java里最常用的是HashMap和TreeMap。
2.5.1 HashMap：最常用，查詢快到飛起
底層：哈希表（數(shù)組+鏈表/紅黑樹(shù)，JDK1.8后優(yōu)化），key不重復(fù)（重復(fù)會(huì)覆蓋value），無(wú)序。
特點(diǎn)：查詢/增刪O(1)（理想情況）、無(wú)序、允許key為null（只能一個(gè)）。
適用場(chǎng)景：需要通過(guò)key快速查value的場(chǎng)景，比如存用戶信息（key是用戶ID，value是用戶對(duì)象）、統(tǒng)計(jì)單詞出現(xiàn)次數(shù)（key是單詞，value是次數(shù)）。
代碼示例：
import java.util.HashMap;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
// 存用戶信息：key=用戶ID，value=用戶名
HashMap
userMap.put("u1001", "張三");
userMap.put("u1002", "李四");
// 查：通過(guò)key找value（快）
System.out.println(userMap.get("u1001")); // 輸出“張三”
// 遍歷key-value
for (String key : userMap.keySet()) {
System.out.println(key + ":" + userMap.get(key));
}
}
}
2.5.2 TreeMap：按key排序的Map
底層：紅黑樹(shù)，key會(huì)按自然順序排序，和TreeSet類似。
特點(diǎn)：key有序、查詢/增刪O(log n)、key不能為null。
適用場(chǎng)景：需要按key排序的場(chǎng)景，比如存“月份-銷售額”，并按月份順序展示。
2.6 特殊場(chǎng)景“工具人”：棧（Stack）和隊(duì)列（Queue）
棧（Stack）：后進(jìn)先出（LIFO）
定義：就像疊盤子，最后放的盤子最先拿。Java里常用Deque（雙端隊(duì)列）的push()（入棧）、pop()（出棧）方法實(shí)現(xiàn)，比古老的Stack類更推薦。
適用場(chǎng)景：括號(hào)匹配、瀏覽器后退、表達(dá)式求值（比如后綴表達(dá)式）。
代碼示例：
import java.util.Deque;
import java.util.LinkedList;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Deque
stack.push("首頁(yè)"); // 入棧
stack.push("商品頁(yè)");
stack.push("詳情頁(yè)");
System.out.println(stack.pop()); // 出棧，輸出“詳情頁(yè)”（最后進(jìn)的先出）
}
}
隊(duì)列（Queue）：先進(jìn)先出（FIFO）
定義：就像排隊(duì)買票，先到的先買。Java里常用LinkedList實(shí)現(xiàn)Queue接口，add()（入隊(duì)）、poll()（出隊(duì)）。
適用場(chǎng)景：任務(wù)調(diào)度（比如線程池的任務(wù)隊(duì)列）、消息隊(duì)列（比如訂單消息按順序處理）。
代碼示例：
import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;
public class Test {
public static void main(String[] args) {
Queue
queue.add("訂單1"); // 入隊(duì)
queue.add("訂單2");
queue.add("訂單3");
System.out.println(queue.poll()); // 出隊(duì)，輸出“訂單1”（先進(jìn)先出）
}
}
三、怎么選對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)？3個(gè)“懶人技巧”，新手也能秒懂
學(xué)了這么多，你可能會(huì)暈：“這么多結(jié)構(gòu)，我寫代碼時(shí)到底用哪個(gè)？”記住3個(gè)原則，不用死記硬背：
技巧1：看“操作類型”——查詢多還是增刪多？
頻繁查詢（比如按位置取元素）：選ArrayList（數(shù)組）、HashMap（按key查）；
頻繁增刪（尤其是中間位置）：選LinkedList（鏈表）；
兩端增刪（棧/隊(duì)列操作）：用Deque（LinkedList實(shí)現(xiàn)）。
技巧2：看“是否需要去重”——元素能不能重復(fù)？
需要去重：用Set（HashSet/TreeSet）；
允許重復(fù)：用List（ArrayList/LinkedList）。
技巧3：看“是否需要排序”——順序重要嗎？
需要排序：用TreeSet（按元素排）、TreeMap（按key排）；
不需要排序：用HashSet、HashMap（性能更好）。
舉個(gè)例子：存班級(jí)學(xué)生的名字，可能重復(fù)（允許重名），需要頻繁按學(xué)號(hào)（位置）查名字——選ArrayList；存班級(jí)學(xué)生的學(xué)號(hào)（不重復(fù)），需要按學(xué)號(hào)從小到大排——選TreeSet。
四、避坑指南：這些“坑”我踩過(guò)，你別再犯
ArrayList初始化時(shí)指定容量：默認(rèn)初始容量10，存滿了會(huì)1.5倍擴(kuò)容（復(fù)制數(shù)組），如果知道大概數(shù)據(jù)量，直接指定容量（比如new ArrayList<>(1000)），能減少擴(kuò)容次數(shù)，提升性能。
別用HashMap存多線程數(shù)據(jù)：HashMap線程不安全，多線程下可能出現(xiàn)死循環(huán)，用ConcurrentHashMap替代。
LinkedList別用get(i)遍歷：前面說(shuō)過(guò)，fori循環(huán)遍歷LinkedList效率極低，用foreach或迭代器。
TreeSet/TreeMap的key要實(shí)現(xiàn)Comparable：如果存自定義對(duì)象，需要讓對(duì)象類實(shí)現(xiàn)Comparable接口，否則會(huì)報(bào)錯(cuò)（因?yàn)椴恢涝趺磁判颍?
最后：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不難，用起來(lái)才是王道
很多人覺(jué)得數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)“難”，其實(shí)是因?yàn)橹豢磿粚?shí)踐。你不用背下所有底層原理（比如紅黑樹(shù)的旋轉(zhuǎn)細(xì)節(jié)），但至少要知道“ArrayList和LinkedList怎么選”“HashMap為什么快”。
下次寫代碼時(shí)，別急著上手，先想清楚：我要存什么數(shù)據(jù)？怎么存查起來(lái)最快？怎么刪改最方便？把今天講的結(jié)構(gòu)套進(jìn)去，多試幾次，自然就懂了。
畢竟，編程的本質(zhì)是“解決問(wèn)題”，而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，就是你手里最趁手的“工具”。
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