Map集合、散列表、红黑树介绍

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前言

声明,本文用得是jdk1.8

前面已经讲了Collection的总览和剖析List集合:

原本我是打算继续将Collection下的Set集合的,结果看了源码发现:Set集合实际上就是HashMap来构建的

 

 

所以,就先介绍Map集合、散列表和红黑树吧

看这篇文章之前最好是有点数据结构的基础:

 

 

 

 

当然了,如果讲得有错的地方还请大家多多包涵并不吝在评论去指正~

一、Map介绍

1.1为什么需要Map

前面我们学习的Collection叫做集合,它可以快速查找现有的元素。

而Map在《Core Java》中称之为-->映射..

映射的模型图是这样的:

 

 

那为什么我们需要这种数据存储结构呢???举个例子

生活中还有很多这样的例子:只要你掏出身份证(key),那就可以证明是你自己(value)

1.2Map与Collection的区别

 

 

1.3Map的功能

下面我们来看看Map的源码:

 

 

简单常用的Map功能有这么一些:

 

 

下面用红色框框圈住的就是Map值得关注的子类:

 

 

二、散列表介绍

无论是Set还是Map,我们会发现都会有对应的-->HashSet,HashMap

首先我们也先得回顾一下数据和链表

而还有另外的一些存储结构:不在意元素的顺序,能够快速的查找元素的数据

2.1散列表工作原理

散列表为每个对象计算出一个整数,称为散列码根据这些计算出来的整数(散列码)保存在对应的位置上

在Java中,散列表用的是链表数组实现的,每个列表称之为桶。【之前也写过桶排序就这么简单,可以回顾回顾】

 

 

一个桶上可能会遇到被占用的情况(hashCode散列码相同,就存储在同一个位置上),这种情况是无法避免的,这种现象称之为:散列冲突

如果散列表太满,是需要对散列表再散列,创建一个桶数更多的散列表,并将原有的元素插入到新表中,丢弃原来的表~

当然了, 在后面阅读源码的时候会继续说明的,现在简单了解一下即可~

扩展阅读:

三、红黑树介绍

上面散列表中已经提过了:如果桶数满的时候,JDK8是将链表转成红黑树的~。并且,我们的TreeSet、TreeMap底层都是红黑树来实现的。

所以,在这里学习一波红黑树到底是啥玩意。

之前涉及过二叉树的文章:

在未学习之前,我们可能是听过红黑树这么一个数据结构类型的,还有其他什么B/B+树等等,反正是比较复杂的数据结构了~~~

各种常见的树的用途:

 

 

来源: www.zhihu.com/question/30…

3.1回顾二叉查找树

首先我们来回顾一下:利用二叉查找树的特性,我们一般来说可以很快地查找出对应的元素。

可是二叉查找树也有**个例(最坏)**的情况(线性):

 

 

上面符合二叉树的特性,但是它是线性的,完全没树的用处~

树是要**“均衡”**才能将它的优点展示出来的~,比如下面这种:

 

 

因此,就有了平衡树这么一个概念~红黑树就是一种平衡树,它可以保证二叉树基本符合矮矮胖胖(均衡)的结构

3.2知新2-3树

讲到了平衡树就不得不说最基础的2-3树,2-3树长的是这个样子:

 

 

在二叉查找树上,我们插入节点的过程是这样的:小于节点值往右继续与左子节点比,大于则继续与右子节点比,直到某节点左或右子节点为空,把值插入进去。这样无法避免偏向问题

而2-3树不一样:它插入的时候可以保持树的平衡

在2-3树插入的时可以简单总结为两个操作:

合并分解的操作还是比较复杂的,要分好几种情况,代码量很大~这里我就不介绍了,因为要学起来是一大堆的,很麻烦~

3.3从2-3树到红黑树

由于2-3树为了保持平衡性,在维护的时候是需要大量的节点交换的!这些变换在实际代码中是很复杂的,大佬们在2-3树的理论基础上发明了红黑树(2-3-4树也是同样的道理,只是2-3树是最简单的一种情况,所以我就不说2-3-4树了)。

红黑树是一种平衡二叉树,因此它没有3-节点。那红黑树是怎么将3-节点来改进成全都是二叉树呢?

红黑树就字面上的意思,有红色的节点,有黑色的节点

 

 

我们可以将红色节点的左链接画平看看:

 

 

一颗典型的二叉树:

 

 

将红色节点的左链接画平之后:得到2-3平衡树:

 

 

3.4红黑树基础知识

前面已经说了,红黑树是在2-3的基础上实现的一种树,它能够用统一的方式完成所有变换。很好理解:红黑树也是平衡树的一种,在插入元素的时候它也得保持树的平衡,那红黑树是以什么的方式来保持树的平衡的呢?

红黑树用的是也是两种方式来替代2-3树不断的节点交换操作:

红黑树为了保持平衡,还有制定一些约束,遵守这些约束的才能叫做红黑树:

  1. 红黑树是二叉搜索树。
  2. 根节点是黑色
  3. 每个叶子节点都是黑色的空节点(NIL节点)
  4. 每个红色节点的两个子节点都是黑色。(从每个叶子到根的所有路径上不能有两个连续的红色节点)
  5. 从任一节点到其每个叶子的所有路径都包含相同数目的黑色节点(每一条树链上的黑色节点数量(称之为“黑高”)必须相等)

3.5红黑树总结

红黑树可以说是十分复杂的,我在学习的时候并没有去认真细看当中的处理细节,只是大概的过了一遍,知道了整体~

有了前辈很多优质的资料,相信要等到想要理解其中的细节,花点力气和时间还是可以掌握一二的。

红黑树参考资料:

四、总结

这篇主要介绍了Map集合的基础知识,了解Map的常用子类~

简单介绍了散列表和红黑树,他俩作为Hashxxx和Treexxx的底层,了解其整体思想和相关基础在后续看源码也不至于那么懵~

后续会去看Map常用子类的源码,文章敬请期待~~~~

 

 

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参考资料:

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