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 其實這個問題的完整描述是：Java 中的 PriorityQueue 實現，其數據的邏輯結構是線性結構嗎?其數據的物理結構又是什么?

估計很多人的答案是：PriorityQueue 是線性結構，因為 PriorityQueue 是優先級隊列的實現，隊列不就是線性結構的嗎?但在 PriorityQueue 的實現中，其數據的邏輯結構是樹形結構，其物理結構是順序存儲結構。

要弄明白這個問題，我們必須先弄明白什么是數據的邏輯結構，什么是數據的物理結構。

顧名思義，數據的邏輯結構指的是數據是怎么組織起來的，數據的物理結構指的是數據是怎么存儲的。 數據的邏輯結構與物理結構，是數據結構兩個非常重要的要素。但你知道數據有幾種邏輯結構、幾種物理結構嗎?

數據的邏輯結構

數據的邏輯結構指的是數據是如何組織起來的，反映數據元素之間的邏輯關系，它更加貼近于現實。 例如現實生活中樹干與樹葉就是樹形結構，排隊的隊伍就是線性關系。

數據的邏輯結構一般有四種，分別是：線性結構、集合結構、樹形結構、網絡結構。 其中，我們把集合、樹形結構、網絡結構統稱為非線性結構。

線性結構

線性結構指的是數據結構中的元素存在一對一的相互關系。 例如：數組是一種線性結構，其下標與元素一一對應。鏈表也是一種線性結構，其元素之間是一個接著一個的。生活中有很多類似的例子，例如排隊買票的隊伍就是一個線性結構。超市里排布整齊的商品，也是一個線性結構。

邏輯結構之線性結構

集合結構

集合結構指的是元素之間除了「同屬一個集合」的關系之外，再無其他關系。 例如數學中的整數就是一個集合，所有小數也是一個集合。

邏輯結構之集合

樹形結構

樹形結構指的是元素存在一對多的關系。 例如水果有香蕉、草莓、西瓜等，這種邏輯結構就是樹形結構。

邏輯結構之線樹形結構

網絡結構

網絡結構指的是元素存在多對多的關系。 網絡結構也叫做網狀結構，它是多對多的關系。比如城市的交通網絡，每棟房子與其他房子都有許多條路。

邏輯結構之線網絡結構

數據的物理存儲結構

數據的物理結構指的是數據是如何存儲的，反映數據的存儲結構。 數據的存儲結構分為四種：順序存儲、鏈式存儲、索引存儲、散列存儲。 一般我們將這四種物理結構分為順序存儲結構與非順序存儲結構。順序存儲是順序存儲結構，鏈式存儲、索引存儲、散列存儲均屬于非順序存儲結構。

數據的順序存儲結構的特點是：借助元素的相對位置來表示數據元素之間的邏輯關系。非順序存儲的特點是：借助指示元素存儲地址的指針表示數據元素之間的邏輯關系。

注：有些朋友說數據的物理存儲結構只有順序存儲、鏈式存儲兩種，索引存儲和散列存儲是不存在的。對此，后續我專門寫篇文章來聊聊這個事情。

順序存儲

順序存儲指的是數據在內存當中是按照順序存儲的，邏輯結構上相鄰的元素在物理結構上也是相鄰的。Java 中的 ArrayList 就是通過順序存儲的方式實現的。

物理結構之順序存儲

鏈式存儲

鏈式存儲指的是元素之間的邏輯順序，并不是通過內存順序來分配的，而是通過一個引用組織起來的。也就是說，邏輯上相鄰的元素，在物理存儲位置上是不相鄰的。Java 中的 LinkedList 就是通過鏈式存儲的方式實現的。

物理結構之鏈式存儲

索引存儲

索引存儲指的是元素之間的邏輯關系，是通過一張索引表來存儲的。這張索引表有很多個索引項，每個索引項存儲兩個信息：關鍵字、數據存儲地址。我們通過關鍵字可以找到對應的數據存儲地址。這就像書籍的目錄一樣，關鍵字就是章節名，數據存儲地址就是頁碼。我們通過章節名可以快速地找到對應的頁碼，從而快速地找到書籍對應內容。

物理結構之索引存儲

散列存儲

散列存儲也稱之為哈希存儲，其與索引存儲非常類似，都是通過索引值以及對應的值來實現快速查找。唯一不同的區別是，索引存儲會對索引值進行哈希。應該說散列存儲是索引存儲的一種更加復雜的實現。

物理結構之散列存儲

辨別思路

看到這里，我們對數據的邏輯結構、物理結構已經有了基本的認識，也知道它們的常見種類。那我們到底如何去判斷它們是屬于哪種邏輯結構、哪種物理結構呢?

拿 Java 中對于優先級隊列的 PriorityQueue 實現為例。通過閱讀源碼我們得知其底層使用了二叉堆實現，而二叉堆本身其實就是一顆二叉樹。即對于 PriorityQueue 來說，其數組最終是通過下圖這種邏輯結構組織起來的，因此 PriorityQueue 的邏輯結構是樹形結構。

PriorityQueue 的邏輯結構

從 PriorityQueue 的源碼，我們可以知道 PriorityQueue 的數據最終是通過一個對象數組存儲的，而數組的物理結構是順序存儲的。因此對于 PriorityQueue 來說，其物理結構是順序存儲結構。

PriorityQueue 的類成員變量

通過 PriorityQueue 這個例子，我們可以總結出判斷數據的邏輯結構、物理結構的思路：判斷邏輯結構，要看數據是如何組織起來的。要判斷物理結構，則是要看數據最終是如何存儲的。

如果對 PriorityQueue 的源碼實現感興趣，可以閱讀：集合系列 Queue(九)：PriorityQueue - 陳樹義的博客

我們再用這個辦法來判斷一下 TreeMap 這個類。

TreeMap 是 Java 中非常經典的實現，其底層是基于紅黑樹的實現，即其最終會將所有數據組織成一顆紅黑樹，因此 TreeMap 的邏輯結構是樹形結構。通過閱讀 TreeMap 的源碼，我們知道 TreeMap 的數據最終是通過 Entry 這個類存儲的，因此 TreeMap 的物理結構是鏈式存儲結構。

TreeMap 的類成員變量

最后我們拿比較復雜的 LinkedBlockingQueue 來分析一下。

很多人會說隊列就是一種特殊的數組，而數組是順序存儲的，因此隊列就是順序存儲的。如果將這個結論套用在 LinkedBlockingQueue 上，那是否可以得出同樣的結論，即 LinkedBlockingQueue 也是順序存儲的呢?

前面我們說過：不要用直覺去判斷，而要根據定義去判斷。 即判斷數據的邏輯結構、物理結構的思路是：判斷邏輯結構，要看數據是如何組織起來的。要判斷物理結構，則是要看數據最終是如何存儲的。

LinkedBlockingQueue 是 Java 中的阻塞隊列實現，其最終會將數組組織成一個隊列，因此其邏輯結構上屬于線性表。通過閱讀源碼，我們可以知道 LinkedBlockingQueue 的元素是存儲在 Node 節點上的，因此 LinkedBlockingQueue 的物理結構屬于鏈式存儲。

LinkedBlockingQueue 的類成員變量

總結

本文一開始通過 PriorityQueue 的例子，引入了邏輯結構與物理結構這個話題。接著介紹了四種邏輯結構：線性表、集合、樹狀結構、網絡結構。