一道leetcode题引发的java数据结构

前些天在同学的内推下，获取了华为的线上面试邮件，对于一个干过接近3年的外包员工收到这种正式邀请还是有点激动的，但是因为知道是做题，自己上一次刷leetcode都不知道是什么时候了，所以心里也没底，就随便在华为面试那个平台刷了几道题，结果可想而知，最后没有通过。

于是乎想这几天重新刷刷leetcode，发现改了中文名字叫 力扣 （太丑了），然后就去刷第一道题：

给定一个整数数组 nums 和一个目标值 target，请你在该数组中找出和为目标值的那 两个 整数，并返回他们的数组下标。
你可以假设每种输入只会对应一个答案。但是，你不能重复利用这个数组中同样的元素。
示例:
给定 nums = [2, 7, 11, 15], target = 9
因为 nums[0] + nums[1] = 2 + 7 = 9
所以返回 [0, 1]

听起来就很简单，上来就干：

class Solution {
    public int[] twoSum(int[] nums, int target) {
        int[] result =null;
        for(int i = 0; i < nums.length; ++i) {
            int j = i + 1;
            for(; j < nums.length; ++j) {
                if(nums[i] + nums[j] == target)
                    result =  new int[] {i, j};
            }
        }
        return result;
    }
}

但是这么一来，两个for循环，时间复杂度达到了O（n）^2，应该不对，直接查看解答，发现一个巧妙的用法，用到了HashMap数据结构，答案如下：

class Solution implements Serializable{
    private static int[] twoSum(int[] nums, int target) {
        HashMap map = new HashMap<>();
        for (int i = 0; i < nums.length; ++i) {
            int complement = target - nums[i];
            if (map.containsKey(complement) && map.get(complement) != i)
                return new int[]{i, complement};
            map.put(nums[i], i);
        }
        throw new IllegalArgumentException("no result");
    }
}

HashMap查找key的方法是常数时间，所以时间复杂度为O(n)就解决了这个问题，看起来很不错，但是仔细想：为什么HashMap查找key的时间复杂度为常数呢，然后就去寻找答案。

HashMap

在源码中发现两个值 static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8; static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6; 根据源码注释初步判断，默认情况下，当hashmap的节点数目少于8的时候，使用的是list结构来存储，大于8的时候使用的是tree结构存储，并且这个数是红黑树（为什么是红黑树，应该是兼顾查询和插入的时间），并且在HashMap的源码中找到了两个static的class定义：

• static class Node implements Map.Entry
• static final class TreeNode extends LinkedHashMap.Entry
  第一个就是当HashMap数据较少，存储为list的时候实际使用的结构类，继承了Map.Entry的接口，属性中只有K、V、next，是一个明显的链式结构；第二个是当HashMap数据较大时候使用的结构，包含

        TreeNode parent;  // red-black tree links
        TreeNode left;
        TreeNode right;
        TreeNode prev; 

这些变量说明了它的二叉树结构。
综上，结论是当我们的数组少于8的时候，HashMap还是是链表结构，从里面发现key的时间复杂度是O(n)，并没有优化算法，但是当大于8的时候使用了红黑树之后，时间复杂度就有了明细的优势。

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仔细想想，数组不是有一个工具类java.util.Arrays吗，我记得这个工具类，提供了数组的一些常用的方法，排序和搜索，从里面找到搜索算法binarySearch

Arrays.binarySearch

源码中的注释如下：

/* Searches the specified array of longs for the specified value using the
* binary search algorithm. The array must be sorted (as
* by the {@link #sort(long[])} method) prior to making this call. If it
* is not sorted, the results are undefined. If the array contains
* multiple elements with the specified value, there is no guarantee which
* one will be found.

这是一个使用二分查找搜索数据的算法，使用之前，数组必须经过sort排序。不符合我们的预期。