Java es uno de los lenguajes de programación más importantes de la actualidad. Un sistema que se utiliza para el desarrollo de todo tipo de dispositivos y aplicaciones. En este artículo vamos a ver qué es y cómo utilizar la estructura de datos en Java para mejorar tu código.

No obstante, si quieres convertirte en todo/a un/a programador/a Java, lo mejor que puedes hacer es formarte. Con una especialización en Java, no solo dominarás sus estructuras de datos, sino que estarás capacitado/a para trabajar en todo tipo de proyectos de programación. Y, como extra, ¡contarás con uno de los perfiles profesionales más demandados en el sector IT!

¿Qué es la estructura de datos en Java?

La estructura de datos en Java es el sistema mediante el cual se organizan los datos en la memoria de la aplicación que se está programando, y eisten muchas formas diferentes de organizarlos.

Por ejemplo, un array (matriz) es una colección de elementos de memoria en el que los datos se almacenan de forma secuencial. Este tipo de organización se realiza con la ayuda de una serie de estructuras de datos. También hay otras formas de organizar los datos en la memoria, como listas o árboles, como veremos más adelante.

La estructura de datos es una forma de almacenar y organizar datos para que se puedan usar de manera eficiente.

Por lo tanto, se trata de un conjunto de algoritmos que podemos usar en cualquier lenguaje de programación para estructurar los datos en la memoria. Para ello, se emplean una serie de algoritmos que se conocen como datos abstractos. Estos tipos de datos son el conjunto de reglas que hacen que los algoritmos operen y funcionen en la estructura de datos en Java.

Los algoritmos en Java: ¿qué son?

Antes de profundizar más en las estructuras de datos, es crucial entender el concepto de algoritmos en Java. Los algoritmos en Java son instrucciones precisas sobre cómo realizar una tarea específica. En el contexto de la programación, los algoritmos se definen normalmente mediante el código fuente.

La eficiencia de un sistema o aplicación determinada, normalmente, se mide o se asocia con los algoritmos. En este contexto, la eficiencia de un programa es una parte integral de su usabilidad.

Los algoritmos en Java permiten recuperar y mostrar información rápidamente. Se trata de una parte fundamental dentro de la estructura de datos en Java.

¿Qué tipos de datos hay en Java?

Para comprender completamente las estructuras de datos en Java, debemos entender qué son los tipos de datos disponibles. Java, siendo un lenguaje estáticamente tipado, requiere que cada variable se declare con un tipo de datos específico antes de su uso.

Por ello, hay que identificar el tipo de dato que se va a utilizar, y que, en el caso de Java, se divide en dos categorías:

  • Datos primitivos: bloque de construcción básico (booleano, entero, flotante, char, etc.).
  • Datos compuestos o de referencia: son objetos que almacenan referencias a los datos reales (clases, matrices, cadenas, interfaces, etc.).

El conjunto de los tipos de datos son lo que conforma la estructura de datos en Java.

Tipos de estructuras de datos en Java

Como ya hemos visto, una estructura de datos en Java es una colección de “valores”, de tipos de datos que se almacenan y organizan de tal forma que permiten un acceso y una modificación eficientes. En algunos casos, una estructura de datos puede convertirse en la implementación subyacente de un tipo de datos en particular.

Por ejemplo, los tipos de datos compuestos son estructuras de datos que se componen de tipos de datos primitivos y otros tipos compuestos. La estructura de datos en Java se puede utilizar como implementación concreta para ese tipo de datos.

Veamos ahora cuáles son los tipos de estructuras de datos más comunes en Java. Cada una tiene sus propias fortalezas y es más apropiada en ciertos casos o ante diferentes problemas.

Estructuras de datos en Java: lineales o secuenciales

La disposición de los datos de forma secuencial se conoce como estructura de datos lineal. Es el tipo de estructura más simple y directa, y se emplea sobre todo en casos en los que es preciso acceder a los elementos en un orden específico. Algunos ejemplos habituales de estas estructuras son arrays (matrices) y listas.

Para principiantes que están aprendiendo a programar con Java, esta es una estructura ideal. No obstante, también puede resultar útil incluso en aplicaciones más complejas, gracias a la eficiencia que aporta en cierto tipo de operaciones.

Estructuras de datos en árbol

Las estructuras de datos en árbol representan una jerarquía, con un valor raíz y subárboles de hijos con un padre para cada nodo. Por lo tanto, se representan como un conjunto de nodos vinculados, aunque pueden llegar a existir nodos que no se conecten a nada.

Esta estructura de datos en Java es especialmente útil cuando se necesita representar una relación jerárquica entre los datos que la componen.

Entre los tipos más comunes de estructuras de árbol en Java, se incluyen:

  • Binario
  • De búsqueda binaria
  • Rojo-negro
  • Árbol B
  • De sintaxis abstracta

Listas enlazadas

Otra de las estructuras de datos de Java más importantes son las listas enlazadas. Consisten en nodos en los que cada nodo contiene unos datos y una referencia al siguiente nodo en la secuencia. Se trata de estructuras dinámicas, por lo que pueden crecer o disminuir según se necesite durante la ejecución del programa.

¿En qué casos se recomienda este tipo de estructura? Sobre todo, en situaciones donde se necesite insertar o eliminar elementos con frecuencia, y especialmente si van al principio o en medio de una lista.

Listas doblemente enlazadas

En este caso, nos encontramos con una variación de la tipología anterior, con algunas notables diferencias. Aquí, cada nodo tiene referencias tanto al nodo siguiente como al anterior, lo que permite una navegación más flexible, tanto adelante como atrás en la lista.

Esta estructura resulta de utilidad cuando se quiere acceder a los elementos en ambas direcciones. Por ejemplo, en aplicaciones con la funcionalidad de “deshacer”. No obstante, también requiere una memoria más amplia que las listas enlazadas simples.

Colas

En este tipo de estructura de datos, el principio imperante es “primero en entrar, primero en salir” o FIFO en inglés. Como si se tratase de la cola de espera en una tienda, la primera persona en llegar (en este caso, el dato) es la primera en ser atendida (el dato saliente).

Y, ¿para qué sirve esto? Resulta sobre todo útil para manejar tareas en el orden en que se reciben; por ejemplo, en sistemas de procesamiento de mensajes.

Pilas

Al revés que en el caso anterior, el principio que rige la estructura de datos en pilas es “último en entrar, primero en salir” o LIFO en inglés. Si nos imaginamos una pila de platos, el último que se coloca (el último dato recibido) sería el primero en sacar y limpiar (el primero en atenderse).

La utilidad de esta estructura reside sobre todo en el manejo de llamadas a funciones, para implementar funcionalidades de "deshacer" en aplicaciones o para evaluar expresiones matemáticas, por citar algunos ejemplos.

Árboles binarios

Volviendo a la estructura de datos en árbol, los árboles binarios son un tipo de estructura en la que cada nodo tiene como máximo dos hijos. Suele emplearse con frecuencia en Java por su gran eficiencia en búsquedas y su capacidad para representar jerarquías.

Los árboles binarios de búsqueda son la variante más común, ya que facilitan inserciones y eliminaciones eficientes al mantener sus elementos ordenados.

Tablas hash

Las tablas o mapas hash son estructuras de datos que permiten un acceso rápido a los elementos gracias al uso de claves únicas. Funcionan calculando un índice a partir de claves, utilizando la función hash.

Esto las hace especialmente útiles en lenguajes de programación de alto nivel como Java. Además, son ideales para implementar diccionarios y cachés, y para eliminar duplicados de grandes conjuntos de datos.

Gráficos: una estructura de datos en Java esencial

Los gráficos son estructuras de datos no lineales que consisten en vértices y aristas. Son ideales para representar redes complejas de relaciones entre objetos. Generalmente, un gráfico es un tipo de datos abstracto que está destinado a guiar la implementación de una estructura siguiendo los principios de la estructura de grafos.

Esta estructura, como decíamos, consta de:

  • nodos: puntos en el gráfico, también conocidos como vértices.
  • bordes: líneas que conectan cada nodo, también denominadas aristas.

Hoy en día, los gráficos resultan esenciales en muchas aplicaciones del mundo real, como las redes sociales, los sistemas de navegación GPS o los algoritmos de recomendación, por mencionar solo algunos ejemplos.

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Ahora ya conoces un poco mejor la estructura de datos en Java. Incluso has aprendido cómo mejorar tu código con estas claves, si es que ya tienes conocimientos de programación en Java. No obstante, si quieres mejorar o aprender a dominar este sistema de programación desde cero, lo mejor que puedes hacer es formarte con un curso de Java online.

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