Estruturas de Dados em Java
As estruturas de dados são fundamentais para organizar e manipular informações de forma eficiente em Java. Compreender as diferentes opções disponíveis e quando usar cada uma é essencial para escrever código performático e bem estruturado.
Arrays em Java
Arrays são a estrutura de dados mais básica em Java, permitindo armazenar múltiplos valores do mesmo tipo em uma única variável. Eles têm tamanho fixo definido na criação e oferecem acesso direto aos elementos através de índices.
Características dos Arrays:
- Tamanho fixo: Definido na criação e não pode ser alterado
- Acesso rápido: Acesso direto por índice em O(1)
- Memória contígua: Elementos armazenados em posições consecutivas
- Tipo homogêneo: Todos os elementos devem ser do mesmo tipo
Collections Framework
O Collections Framework é uma arquitetura unificada para representar e manipular coleções em Java. Ele fornece interfaces, implementações e algoritmos para trabalhar com grupos de objetos de forma eficiente.
Principais Interfaces:
- Collection: Interface raiz para todas as coleções
- List: Coleção ordenada que permite duplicatas
- Set: Coleção que não permite elementos duplicados
- Map: Mapeia chaves para valores (não estende Collection)
- Queue: Coleção para processamento de elementos em ordem específica
ArrayList
ArrayList é uma das implementações mais utilizadas da interface List. É baseada em um array redimensionável que cresce automaticamente conforme necessário.
Vantagens do ArrayList:
- Tamanho dinâmico que se ajusta automaticamente
- Acesso rápido por índice
- Permite elementos duplicados e nulos
- Mantém a ordem de inserção
- Implementa a interface List com todos os métodos padrão
Desvantagens do ArrayList:
- Inserção e remoção no meio da lista são custosas
- Não é thread-safe
- Pode desperdiçar memória se a capacidade for muito maior que o necessário
LinkedList
LinkedList implementa tanto List quanto Deque, usando uma estrutura de lista duplamente ligada. Cada elemento contém referências para o anterior e o próximo.
Quando usar LinkedList:
- Inserções e remoções frequentes no início ou meio da lista
- Quando o tamanho da lista varia muito
- Implementação de pilhas ou filas
- Quando não há necessidade de acesso aleatório frequente
HashMap
HashMap é uma implementação da interface Map que usa uma tabela hash para armazenar pares chave-valor. Oferece operações de inserção, busca e remoção em tempo constante médio.
Características do HashMap:
- Não mantém ordem dos elementos
- Permite uma chave nula e múltiplos valores nulos
- Não é thread-safe
- Performance O(1) para operações básicas
- Capacidade inicial padrão de 16 elementos
TreeMap
TreeMap implementa Map usando uma árvore Red-Black, mantendo as chaves ordenadas. É útil quando você precisa de um mapa ordenado.
HashSet
HashSet implementa Set usando uma tabela hash, garantindo que não há elementos duplicados. É ideal para verificações rápidas de existência de elementos.
Vector vs ArrayList
Vector é similar ao ArrayList, mas é thread-safe (sincronizado). No entanto, ArrayList é preferido na maioria dos casos devido à melhor performance, usando sincronização externa quando necessário.
Escolhendo a Estrutura Correta
Use Array quando:
- O tamanho é conhecido e fixo
- Precisa de máxima performance de acesso
- Trabalha com tipos primitivos
Use ArrayList quando:
- Precisa de uma lista redimensionável
- Acesso frequente por índice
- Poucas inserções/remoções no meio
Use LinkedList quando:
- Inserções/remoções frequentes no início ou meio
- Implementa pilhas ou filas
- Tamanho varia significativamente
Use HashMap quando:
- Precisa de mapeamento chave-valor
- Busca rápida por chave
- Ordem não é importante
Performance e Complexidade
Entender a complexidade temporal das operações é crucial para escolher a estrutura adequada:
- Array: Acesso O(1), busca O(n)
- ArrayList: Acesso O(1), inserção/remoção O(n)
- LinkedList: Acesso O(n), inserção/remoção O(1)
- HashMap: Busca/inserção/remoção O(1) médio
- TreeMap: Busca/inserção/remoção O(log n)
Boas Práticas
- Escolha a estrutura baseada no padrão de uso
- Defina capacidade inicial quando possível
- Use generics para type safety
- Considere thread-safety quando necessário
- Prefira interfaces nas declarações (List, Set, Map)
- Use enhanced for loops quando apropriado