HashMap存取效率高原因、ArrayList和LinkedList区别、JAVA实现链表的基本功能

一、HashMap存取效率高原因

1、Hash

也叫散列、哈希。

主要用于信息安全领域中的算法，把长度不同的信息转化为杂乱的128位的编码，找到一种数据内容与地址之间的映射关系。

注意：不同的输入可能会散列成相同的输出

我们最熟悉的Object类中就提供了hashcode的方法。

public native int hashCode();

2、数据结构

Java集合的实现底层大都是基本数据结构的又一层封装。

数组：寻址容易，插入和删除困难

链表正好相反。

HashMap正好将二者互补了一下，推出了链表+数组的组合方式，也叫链表散列、“拉链法”。

结构示意图：

放入元素时，根据key值通过hashcode找到对应数组的位置，放入横向数组的某个格子中。因为前面说到hashcode值不能保证唯一，如果之后hashcode值对应的数组位置中已经有值，就放到相连的链表中。

查找元素也是按这个过程来进行。

代码实现：

注意：每个Node中都持有下一个节点的引用。

3、算法优化

由上面的数据结构介绍，可以看出，在查找的时候，尽量避免查找链表能够大大提高存取效率。

目标：元素尽可能均匀分布，这样查找的时候不必查找链表，效率很高。

思路一：

取模运算，实现是可以实现，但取模运算消耗大、效率不高。

思路二：

首先，&运算比取模运算效率高。
hashmap采用的是下面这种与运算。

大同小异，都是为了减少碰撞，避免hash到同一个位置，使元素分布更均匀。在实现的基础上，考虑性能问题。

二、Java中ArrayList和LinkedList区别

ArrayList和LinkedList的大致区别如下:
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。

上代码:

static final int N=50000;
  static long timeList(List list){
    long start=System.currentTimeMillis();
    Object o = new Object();
    for(int i=0;i<N;i++) {
      list.add(0, o);
    }
    return System.currentTimeMillis()-start;
  }
  static long readList(List list){
    long start=System.currentTimeMillis();
    for(int i=0,j=list.size();i<j;i++){

    }
    return System.currentTimeMillis()-start;
  }

  static List addList(List list){
    Object o = new Object();
    for(int i=0;i<N;i++) {
      list.add(0, o);
    }
    return list;
  }
  public static void main(String[] args) {
    System.out.println("ArrayList添加"+N+"条耗时："+timeList(new ArrayList()));
    System.out.println("LinkedList添加"+N+"条耗时："+timeList(new LinkedList()));

    List list1=addList(new ArrayList<>());
    List list2=addList(new LinkedList<>());
    System.out.println("ArrayList查找"+N+"条耗时："+readList(list1));
    System.out.println("LinkedList查找"+N+"条耗时："+timeList(list2));
  }

当我们在集合中装5万条数据，测试运行结果如下:

显然我们可以看出ArrayList更适合读取数据，linkedList更多的时候添加或删除数据。

ArrayList内部是使用可増长数组实现的，所以是用get和set方法是花费常数时间的，但是如果插入元素和删除元素，除非插入和删除的位置都在表末尾，否则代码开销会很大，因为里面需要数组的移动。
LinkedList是使用双链表实现的，所以get会非常消耗资源，除非位置离头部很近。但是插入和删除元素花费常数时间。

三、关于JAVA实现链表的基本功能

链表结构，通常包含表头，节点1，节点2...节点n，其中节点又包含了数据内容和下个节点的地址。和数组结构（应该叫做顺序表吧大概......）不一样，链表并不用占据连续的内存，它们的区别就不多说了，相信大家都知道。  

  说说怎么实现吧，既然要用引用的方式来代替指针，那么就需要一个特别的类结构：需要同名的成员保存下一个节点的信息。

public class Node {

    private String data;
    private Node nextNode;

    public String getData() {
      return data;
    }

     public void setData(String data) {
       this.data = data;
     }

     public Node getNextNode() {
      return nextNode;
    }

    public void setNextNode(Node nextNode) {
       this.nextNode = nextNode;
    }

  }

该怎么使用呢？让我们来初始化一个链表吧！

private Node InitNode() {
    // 当前节点
    Node curNode = new Node();

    // 构建头结点
    Node head = new Node();
    head.setData("head");
    head.setNextNode(null);
    // 当前节点位于头结点
    curNode = head;

    // 新增第一个节点
    Node n1 = new Node();
    // 获取到当前节点，使得的下一个节点设置为n1
    curNode.setNextNode(n1);
    n1.setData("node1");
    n1.setNextNode(null);
    // 当前节点位于第一个节点
    curNode = n1;

    // 第二个节点
    Node n2 = new Node();
    curNode.setNextNode(n2);
    n2.setData("node2");
    n2.setNextNode(null);
    curNode = n2;

    // 第三个节点
    Node n3 = new Node();
    curNode.setNextNode(n3);
    n3.setData("node3");
    n3.setNextNode(new Node());
    curNode = n3;

    // 第四个节点
    Node n4 = new Node();
    curNode.setNextNode(n4);
    n4.setData("node4");
    n4.setNextNode(new Node());
    curNode = n4;
    return head;
  }

注意curNode的变动，使得当前节点总落在最后一个节点上，下次插入时就不需要知道前面一个节点的名字了，通过curNode就可以直接插入了。

  到底成功了没有，我们来遍历一下。

LinkMain m = new LinkMain();
    Node testNode = m.InitNode();
    Node iter = testNode.getNextNode();
    while (null != iter) {
      if (null != iter.getData()) {
        System.out.println(iter.getData());
      }
      iter = iter.getNextNode();
    }

输出结果如下：，

其中testNode是这样的：

  ----------------------------分割线---------------------------------------

  OK，搞定了初始化和遍历，让我们来试试插入一个节点吧，需求是在某个链表中，第N个位置插入一个节点temp：

  新增原理：对于temp节点来说

  红色代表的是之前连接，黑色的是之后应该做的。

  private Node addNode(Node head, int n, Node temp) {
    int i = 0;
    while (null != head) {
      if (i == n) {
        temp.setNextNode(head.getNextNode());
        head.setNextNode(temp);
        return head;
      } else {
        head = head.getNextNode();
        i++;

      }
    }
    return head;
  }

 新增后再遍历一下

    // 新增一个节点

Node temp = new Node();
    temp.setData("tempNode");
    temp.setNextNode(null);
    Node n3 = m.addNode(testNode, 2, temp);

    iter = testNode.getNextNode();
    while (null != iter) {
      if (null != iter.getData()) {
        System.out.println(iter.getData());
      }
      iter = iter.getNextNode();
    }

那么效果如何呢？

 其中testNode的内容应该是

  OK，结果正确。

  ----------------------------分割线---------------------------------------

链表的删除节点功能
一开始还搞不定删除，后来画图分析了下，终于解决，放上代码。

难点是设置P，Q两点的指向。其中q是p的下个节点。

应该先找到需要删除的位置。

  原理很简单，就是要绕过q来连接p和后后(q后面的节点)节点。  

  删除前：

  删除后：

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