Java中常见的8种数据结构(附实现代码)

在 Java 编程中，数据结构是程序设计和算法实现的基础。合理选择和使用数据结构可以显著提高程序的效率和可维护性。Java 提供了丰富的内置数据结构类，如 List、Set、Map 等，同时也支持自定义实现。本文将介绍 Java 中常见的 8 种数据结构，并附上简单的实现代码，帮助开发者更好地理解和应用这些数据结构。

一、数组（Array）

数组是最基础的数据结构，用于存储固定大小的同类型元素。Java 中的数组可以通过声明和初始化来创建。

int[] arr = {1, 2, 3, 4, 5};
System.out.println(arr[0]); // 输出 1

数组访问速度快，但长度固定，无法动态扩展。

二、链表（Linked List）

链表由节点组成，每个节点包含数据和指向下一个节点的指针。Java 中没有直接的链表类，但可以通过自定义类实现。

class Node {
    int data;
    Node next;
    public Node(int data) {
        this.data = data;
        this.next = null;
    }
}
public class LinkedList {
    Node head;
    public void add(int data) {
        Node node = new Node(data);
        if (head == null) {
            head = node;
        } else {
            Node current = head;
            while (current.next != null) {
                current = current.next;
            }
            current.next = node;
        }
    }
    public void print() {
        Node current = head;
        while (current != null) {
            System.out.print(current.data + " ");
            current = current.next;
        }
    }
}

链表适合频繁插入和删除操作，但随机访问效率较低。

三、栈（Stack）

栈是一种后进先出（LIFO）的数据结构，常用于递归、表达式求值等场景。

import java.util.Stack;
public class StackExample {
    public static void main(String[] args) {
        Stack<Integer> stack = new Stack<>();
        stack.push(10);
        stack.push(20);
        System.out.println(stack.pop()); // 输出 20
        System.out.println(stack.peek()); // 输出 10
    }
}

四、队列（Queue）

队列是一种先进先出（FIFO）的数据结构，适用于任务调度、缓冲区等场景。

import java.util.Queue;
import java.util.LinkedList;
public class QueueExample {
    public static void main(String[] args) {
        Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
        queue.add(10);
        queue.add(20);
        System.out.println(queue.poll()); // 输出 10
        System.out.println(queue.peek()); // 输出 20
    }
}

五、哈希表（Hash Table）

哈希表通过键值对存储数据，提供快速的查找、插入和删除操作。Java 中的 HashMap 是其典型实现。

import java.util.HashMap;
public class HashTableExample {
    public static void main(String[] args) {
        HashMap<String, Integer> map = new HashMap<>();
        map.put("Apple", 1);
        map.put("Banana", 2);
        System.out.println(map.get("Apple")); // 输出 1
    }
}

六、树（Tree）

树是一种非线性的层次结构，常用于表示具有父子关系的数据。Java 中可通过自定义类实现二叉树。

class TreeNode {
    int value;
    TreeNode left, right;
    public TreeNode(int value) {
        this.value = value;
        left = right = null;
    }
}
public class BinaryTree {
    public static void main(String[] args) {
        TreeNode root = new TreeNode(1);
        root.left = new TreeNode(2);
        root.right = new TreeNode(3);
    }
}

七、图（Graph）

图由顶点和边构成，用于表示复杂的关系网络。Java 中可通过邻接表或邻接矩阵实现。

import java.util.*;
public class Graph {
    private Map<Integer, List<Integer>> adjList;
    public Graph() {
        adjList = new HashMap<>();
    }
    public void addEdge(int v1, int v2) {
        adjList.putIfAbsent(v1, new ArrayList<>());
        adjList.putIfAbsent(v2, new ArrayList<>());
        adjList.get(v1).add(v2);
        adjList.get(v2).add(v1);
    }
    public void print() {
        for (Map.Entry<Integer, List<Integer>> entry : adjList.entrySet()) {
            System.out.println(entry.getKey() + " -> " + entry.getValue());
        }
    }
}

八、集合（Set）

集合用于存储不重复的元素，Java 中有 HashSet、TreeSet 等实现。

import java.util.HashSet;
public class SetExample {
    public static void main(String[] args) {
        HashSet<String> set = new HashSet<>();
        set.add("A");
        set.add("B");
        set.add("A"); // 不会重复添加
        System.out.println(set); // 输出 [A, B]
    }
}

Java 中常见的 8 种数据结构各具特点，适用于不同的应用场景。从基础的数组到复杂的图结构，掌握它们的原理和实现方式，有助于提升编程能力和算法设计水平。无论是日常开发还是面试准备，理解并灵活运用这些数据结构都是必不可少的技能。希望本文能够帮助读者更深入地了解 Java 中的数据结构及其实际应用。

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