从map到堆栈

下面这些问题是从map的一些思考到堆栈的一些内容，自问自答，为了让自己理解更深一些。

1、问：Map这个数据结构，有几种实现方式？

     HashMap和TreeMap。

     HashMap是使用数组+链表的方式实现的。在冲突少的情况下，O(1)的时间就能够定位到节点，效率杠杠的。

     TreeMap是使用红黑树来实现的，由于红黑树是平衡二叉树查找树，所以，获取数据的get操作和添加数据的put都需要O(logN)的时间复杂度，效率自然不如HashMap了。但由于是树的结构，天生具有排序的特征，所以，对于有排序需求的场景，就十分适用了。

2、HashMap具体是怎么实现的？

     首先定义一个长度为N的对象数组，一个哈希函数，将该对象的key进行哈希，求出的哈希值数组的下标，然后看该位置是否已经有对象存在，若没有，则将其添加到该位置，若已经有对象（冲突），则通过该对象的next寻找到该链表最末尾的对象，将该对象链接到最末端（其实也可以直接挂到链表的头部，这样更节省时间）。

3、java中的HashMap和LinkedHashMap有什么区别呢？

     HashMap的实现如上所述，LinkedHashMap，刚看到这个名词时，以为是直接使用链表而非数组来实现map的，震惊了一下，但其实不然。他的主题实现方式和HashMap是一样的，只不过，LinkedHashMap可以按照插入顺序或者访问顺序进行排序（构造函数中可以配），这是由于LinkedHashMap维护的是一个双向的链表而非单向的，一个after指针，用于记录冲突时的链表的下一个元素；一个before 指针用于记录插入或者访问的顺序。 默认是按插入顺序排序，如果指定按访问顺序排序，那么调用get方法后，会将这次访问的元素移至链表尾部，不断访问可以形成按访问顺序排序的链表。

4、如果频繁且大量的对HashMap进行put和remove的操作，会造成什么影响？怎么解决？

     内存碎片。由于每次put的时候都需要new一个对象，remove的时候把这个对象移除，这样，在堆中不断地添加删除对象，会导致大量的内存碎片，这样，就需要更频繁的进行内存整理（java中是GC）。

     由于内存碎片是由于不断地new和delete对象而产生的，那么，找个办法不要让他重复new和delete就行了。我想到的是使用对象池来管理对象，当一个一个对象从map中移除时，并不真正delete掉，而是放入对象池，那么，当往map里put一个元素时，直接从对象池中获取对象，并把值set进去。这种直接设置值的方式，比new一个对象快，同时，由于不需要在堆上不断new和delete对象，可以大大减少内存碎片的产生。当然，这种方式实现起来更复杂，并且需要对对象池里面存活的对象数进行有效的管理，否则，如果空闲对象太多，会占用内存而浪费资源。

5、堆的数据结构是怎样的？他是如何管理对象的，当new和delete的时候，堆内部发生了什么？

     堆是一个链表结构（本来以为是个二叉树或者B树的结构，但似乎只是用了简单的链表进行管理），用于记录空闲的内存地址。

     当程序new一个对象时，需要在堆上申请申请一块内存空间，系统会遍历该链表，寻找第一个大于申请空间的堆节点，将该节点从空闲链表中删除（将该节点没 用完的空间再加入空闲链表中），并将该节点空间分配给程序。

     当delete一个对象时，系统会将该对象在堆上的内存释放，把他重新加入空闲链表，并与相邻的链表（如果有的话）合并？？？

     以上都是在C语言中内存的分配，而在java中，只有new没有delete的说法，都是由JVM自动管理的。

6、堆和栈，在哪个上分配更快，为什么？

      （针对C++）栈是机器系统提供的数据结构，计算机会在底层对栈提供支持：分配专门的寄存器存放栈的地址，压栈出栈都有专门的指令执行，这就决定了栈的效率比较高。堆则是C/C++函数库提供的，它的机制是很复杂的，例如为了分配一块内存，库函数会按照一定的算法（具体的算法可以参考数据结构/操作系统）在堆内存中搜索可用的足够大小的空间，如果没有足够大小的空间（可能是由于内存碎片太多），就有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间，这样就有机会分到足够大小的内存，然后进行返回。显然，堆的效率比栈要低得多。

7、栈和堆的大小如何设置？

     栈和堆的初始化一般可以进行配置。比如，JVM中，可以通过-Xmx来设置堆的大小和-Xss来设置每个线程的栈大小。由于栈仅仅存储指向堆中的某个对象或者保存方法的入口，所以他的每个元素是定长的且占用空间很小，因此栈一般初始化为1M甚至更小。

    在C++中，栈是操作系统提供的，而堆是C++函数库提供的。所以，程序运行时，你可以配置堆的大小，但无法调整每个程序栈的大小。

8、为什么堆和栈要区分开？二者有什么区别？

     栈存在于程序中的目的主要是为了控制程序的主流程，这点在方法调用中特别明显，当在一个方法中A调用另一个方法B时，会把执行完B方法后的下一个执行语句地址push入栈，用于程序返回时使用（整个为A的栈帧），在执行方法B时，若有B的局部变量，也继续push入栈进行记录。当B调用完毕时，将B的栈帧pop出栈，然后继续执行A方法。在这个过程里面，由于栈先进后出的特性，能够很方便的控制一个程序的线性的流程，并且在B方法返回后，将的栈帧pop出栈，使得B方法的局部变量，一切都发生的很自然。

     而堆存在的目的，由于栈的每个元素都是固定长度（定长使得内存分配管理都十分方便），并不适合存储变长的对象，所以，使用了堆来应对这种程序中动态变化的需求。当程序需要一块内存存放对象时，会向堆进行申请，然后将指针存入栈中进行记录，所以堆中的每个元素都应该被栈中的某个节点所引用，否则就是失效的节点。另外，在堆上存储对象，而其他地方则只引用他的指针，这大大方便了对象的传递。

     所以，总结下，堆栈的分离，就是将行为与数据分离开。栈用于控制流程、处理逻辑，堆用于存储数据、管理内存，让擅长的人做擅长的事，协作的多美好。

9、除了堆栈，数据区还包括哪些区域？

     在C++中，除了堆、栈，还有常量区（所有的常量都放这里），全局/静态存储区（顾名思义，就是存储全局变量和静态变量的），自由存储区（由malloc分配的内存块，和堆十分相似，但他们用free结束）。

     在JVM中，则主要由Java虚拟机栈、堆，还有方法区（用于存储类信息、常量、静态变量，方法区里面还包括了运行时常量池），程序计数器（用于记录当前线程指令的位置）、本地方法栈

10、从B方法返回A方法时，是如何将A方法中的变量读取进来的呢？在栈中查找对象是怎么做的？

     比如，程序如下，

     A( ){

     int a=1;

     int b=2;

     int c = add(a,b);

     a = c+b;

     }

     B(int a,int b){

          return a+b;

     }

     在A方法执行到 int c = add(a,b);  这一句时，需要调用B方法，会将参数a=1,b=2 ,变量c 分别push进栈，同时，将B方法之后要执行的语句( a = c+b; )地址push进栈，之后进入B方法的栈帧实体进行程序执行。B执行完后，会将B方法的栈帧pop出栈兵更新栈中c的值。然后，程序返回A，继续执行下一条语句。

TreeMap+红黑树的介绍   http://blog.csdn.net/chenssy/article/details/26668941

LinkedHashMap  http://uule.iteye.com/blog/1522291

关于栈和堆中分配空间小结  http://blog.csdn.net/lisiyong/article/details/1552279

C++内存管理  http://blog.csdn.net/lesky/article/details/1461032

JVM栈  http://blog.chinaunix.net/uid-9789791-id-3350479.html