深入理解Java数据结构
在Java中，“数据结构”的概念主要通过两种方式体现：一是内置的集合框架（JCF - Java Collections Framework），它提供了现成的、优化的数据结构实现；二是开发者可以利用语言特性（如数组、引用）自己构建所需的数据结构。理解这两者，是掌握Java编程的核心。
一、Java内置的集合框架
这是Java提供的、开箱即用的数据结构实现，位于 java.util 包中。它们都是接口和类的形式，是我们日常开发中最常使用的部分。
为了更直观地理解其庞大而清晰的体系，下图展示了JCF的核心接口与实现类的继承与实现关系：
1. 线性结构
数组 (Array)：最基础、最高效的数据结构，支持随机访问。长度固定是其最大限制。
List (列表)：有序、可重复的集合，弥补了数组长度固定的缺点。
ArrayList：基于动态数组实现。查询快（O(1)），增删慢（需要移动元素，O(n)）。LinkedList：基于双向链表实现。增删快（尤其是在头尾，O(1)），查询慢（需要遍历，O(n)）。同时实现了Deque接口。Vector：一个古老的、线程安全的动态数组实现。因性能差，已被Collections.synchronizedList()和CopyOnWriteArrayList取代。
2. 队列与栈
Queue (队列)：先进先出 (FIFO) 的集合。
LinkedList：可作队列使用。ArrayDeque：基于循环数组实现的高效双端队列。性能通常优于LinkedList，是实现队列和栈的首选。PriorityQueue：优先级队列，基于堆（Heap） 实现。出队顺序按元素优先级（自然顺序或Comparator决定）。
Deque (双端队列)：支持在两端插入和移除元素，既可作队列，也可作栈（LIFO）。
栈 (Stack)：
Stack类已不推荐使用。官方推荐使用Deque接口及其实现（如ArrayDeque）来模拟栈。
3. 键值对结构
Map (映射)：存储键值对 (Key-Value)，Key不允许重复。
HashMap：基于哈希表实现。存取效率最高（O(1)），但无序。是最常用的Map。LinkedHashMap：是HashMap的子类，在哈希表基础上增加了双向链表，从而维护了元素的插入顺序或访问顺序。TreeMap：基于红黑树实现。有序（Key按自然顺序或Comparator排序），存取效率为O(log n)。Hashtable：古老的、线程安全的Map实现。已过时，被ConcurrentHashMap取代。
4. 集合结构
Set (集)：无序、不可重复的集合。其核心实现都是基于对应的Map（用Key来存储元素，Value是一个固定值）。
HashSet：基于HashMap实现，无序。LinkedHashSet：基于LinkedHashMap实现，维护插入顺序。TreeSet：基于TreeMap实现，有序。
二、利用语言特性自定义数据结构
虽然JCF非常强大，但有时我们需要实现一些特定的逻辑或结构。
1. 节点结构 (如链表、树)
使用类的自引用来构建。
// 定义单向链表节点
class ListNode {int val;ListNode next; // 指向下一个节点的引用ListNode(int x) { val = x; }
}// 定义二叉树节点
class TreeNode {int val;TreeNode left; // 左孩子引用TreeNode right; // 右孩子引用TreeNode(int x) { val = x; }
}基于这种结构，可以实现各种复杂的链表、树、图等。
2. 数组的灵活运用
数组是构建更复杂结构的基础。
栈：可以用数组 + 一个指向栈顶的指针来实现。
堆 (Heap)：通常用数组来模拟完全二叉树，从而实现优先队列。
并查集 (Union-Find)：用数组来记录父节点，解决连接问题。
三、如何选择合适的数据结构？
选择的核心在于权衡，根据主要操作的需求来选择。
| 如果你的主要需求是... | 优先考虑... | 理由 |
|---|---|---|
| 快速随机访问 | ArrayList, 数组 | 通过索引访问，时间复杂度O(1) |
| 频繁在头尾增删 | LinkedList, ArrayDeque | 链表操作O(1)，ArrayDeque性能也很高 |
| 需要去重 | HashSet | 基于哈希表，去重且查询快 |
| 需要键值对存取 | HashMap | 基于哈希表，存取效率O(1) |
| 需要元素有序 | TreeSet, TreeMap | 基于红黑树，元素自动排序 |
| 需要顺序且要快 | LinkedHashSet, LinkedHashMap | 哈希表+链表，兼顾速度和顺序 |
| 实现先进先出队列 | ArrayDeque | 效率高，无容量限制 |
| 实现优先级处理 | PriorityQueue | 基于堆，按优先级出队 |
总结原则：
默认选择：
ArrayList(List),HashMap(Map),HashSet(Set)。线程安全：上述集合都非线程安全。多线程环境下需使用
ConcurrentHashMap,CopyOnWriteArrayList等JUC包下的并发集合，或用Collections.synchronizedXXX()包装。知其所以然：理解底层是数组、链表还是哈希表/红黑树，是做出正确选择的关键。