Java集合

接口继承关系和实现

 集合类存放于java.util包中,主要有3种:Set(集合)、List(列表包含Queue)和map(映射)。

  1. Collection:Collection是集合List、Set、Queue的最基本的接口。
  2. Iterator:迭代器,可以通过迭代器遍历集合中的数据。
  3. Map:是映射表的基础接口

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List

 Java的List是非常常用的数据类型。
 List是有序的Collection。
 Java List一共三个实现类:分别是ArrayList、Vector和LinkedList。

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ArrayList(数组)

 ArrayList是最常用的List实现类,内部是通过数组实现的,它允许对元素进行快速随机访问。
 数组的缺点是每个元素之间不能有间隔,当数组大小不满足时需要增加存储能力,就要将已经有数组的数据复制到新的存储空间中。
 当从ArrayList的中间位置插入或者删除元素时,需要对数组进行复制、移动、代价比较高。
 因此,它适合随机查找和遍历,不适合插入和删除。

Vector(数组实现、线程同步)

 Vector与ArrayList一样,也是通过数组实现的,不同的是它支持线程的同步,即某一时刻只有一个线程能够写Vector,避免多线程同时写而引起的不一致性,但实现同步需要很高的花费,因此,访问它比访问ArrayList慢。

LinkList(链表)

 LinkedList是用链表结构存储数据的,很适合数据的动态插入和删除,随机访问和遍历速度比较慢。
 另外,他还提供了List接口中没有定义的方法,专门用于操作表头和表尾元素,可以当作堆栈、队列和双向队列使用。

Set

 Set注重独一无二的性质,该体系集合用于存储无序(存入和取出的顺序不一定相同)元素,值不能重复。
 对象的相等性本质是对象hashCode值(java是依据对象的内存地址计算出的此序号)判断的,如果想要让两个不同的对象视为相等的,就必须重写Object的hashCode方法和equals方法。

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HashSet(Hash表)

 哈希表index存放的是哈希值。
 HashSet存储元素的顺序并不是按照存入时的顺序(和List显然不同)而是按照哈希值来存的所以取数据也是按照哈希值取得。
 元素的哈希值是通过元素的hashCode方法来获取的,HashSet首先判断两个元素的哈希值,如果哈希值一样,接着会比较equals方法。
 如果equals结果为true,HashSet就视为同一个元素。
 如果equals为false就不是同一个元素。
 哈希值相同equals为false的元素是怎么存储呢,就是在同样的哈希值下顺延(可以认为哈希值相同的元素放在一个哈希桶中)。
 也就是哈希一样的存一列。
 HashSet通过hashCode值来确定元素在内存中的位置。一个hashCode位置上可以存放多个元素。

TreeSet(二叉树)

  1. TreeSet()是使用二叉树的原理对新add()的对象按照指定的顺序排序(升序、降序),每增加一个对象都会进行排序,将对象插入的二叉树指定的位置。
  2. Integer和String对象都可以进行默认的TreeSet排序,而自定义类的对象是不可以的,自己定义的类必须实现Comparable接口,并且覆写相应的compareTo()方法,才可以正常使用。
  3. 在覆写compareTo()方法时,要返回相应的值才能使TreeSet按照一定的规则来排序。
  4. 比较此对象与指定对象的顺序。如果该对象小于、等于或大于指定对象,则分别返回负整数、零或正整数。

LinkHashSet(HashSet+LinkedHashMap)

 对于LinkedHashSet而言,它继承于HashSet、又基于LinkedHashMap来实现的。
 LinkedHashSet底层使用LinkedHashMap来保存所有元素,它继承与HashSet,其所有的方法操作上又与HashSet相同,因此LinkedHashSet的实现上非常简单,只提供了四个构造方法,并通过传递一个标识参数,调用父类的构造器,底层构造一个LinkedHashMap来实现,在相关操作上与父类HashSet的操作相同,直接调用父类HashSet的方法即可。

Map

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HashMap(数组+链表+红黑树)

 HashMap根据键的hashCode值存储数据,大多数情况下可以直接定位到它的值,因而具有很快的访问速度,但遍历顺序却是不确定的。
 HashMap最多只允许一条记录的键为null,允许多条记录的值为null。
 HashMap非线程安全,即任一时刻可以有多个线程同时写HashMap,可能会导致数据的不一致。
 如果需要满足线程安全,可以用Collections的synchronizedMap方法使HashMap具有线程安全的能力,或者使用ConcurrentHashMap。

JAVA7实现

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 大方向上,HashMap里面是一个数组,然后数组中每个元素是一个单向链表。
 上图中,每个绿色的实体是嵌套类Entry的实例,Entry包含四个属性:key, value, hash值和用于单向链表的next。

  1. capacity:当前数组容量,始终保持 2^n,可以扩容,扩容后数组大小为当前的2倍。
  2. loadFactor:负载因子,默认为0.75。
  3. threshold:扩容的阈值,等于capacity * loadFactor
JAVA8 实现

 Java8对HashMap进行了一些修改,最大的不同就是利用了红黑树,所以其由数组+链表+红黑树组成。
 根据Java7 HashMap的介绍,我们知道,查找的时候,根据hash值我们能够快速定位到数组的具体下标,但是之后的话,需要顺着链表一个个比较下去才能找到我们需要的,时间复杂度取决于链表的长度,为O(n)。
 为了降低这部分的开销,在Java8中,当链表中的元素超过了8个以后,会将链表转换为红黑树,在这些位置进行查找的时候可以降低时间复杂度为O(logN)。

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ConcurrentHashMap

Segment 段

 ConcurrentHashMap和HashMap思路是差不多的,但是因为它支持并发操作,所以要复杂一 些。
 整个ConcurrentHashMap由一个个Segment组成,Segment代表【部分】或【一段】的意思,所以很多地方都会将其描述为分段锁。
 注意,行文中,我很多地方用了【槽】来代表一个segment。

线程安全(Segment继承ReentrantLock加锁)

 简单理解就是,ConcurrentHashMap是一个Segment数组,Segment通过继承ReentrantLock来进行加锁,所以每次需要加锁的操作锁住的是一个segment,这样只要保证每个Segment是线程安全的,也就实现了全局的线程安全。

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并行度(默认16)

 concurrencyLevel:并行级别、并发数、Segment数,怎么翻译不重要,理解它。默认是16, 也就是说ConcurrentHashMap有16个Segments,所以理论上,这个时候,最多可以同时支持16个线程并发写,只要它们的操作分别分布在不同的Segment上。这个值可以在初始化的时候设置为其他值,但是一旦初始化以后,它是不可以扩容的。再具体到每个Segment内部,其实每个Segment很像之前介绍的HashMap,不过它要保证线程安全,所以处理起来要麻烦些。

Java8 实现 (引入了红黑树)

 不只是引入红黑树,也改掉了Segment,锁的粒度进一步细化。

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Hashtable(线程安全)

 Hashtable是遗留类,很多映射的常用功能与HashMap类似,不同的是它承自Dictionary类,并且是线程安全的,任一时间只有一个线程能写Hashtable,并发性不如ConcurrentHashMap,因为ConcurrentHashMap引入了分段锁。Hashtable不建议在新代码中使用,不需要线程安全的场合可以用HashMap替换,需要线程安全的场合可以用ConcurrentHashMap替换。

TreeMap(可排序)

 TreeMap实现SortedMap接口,能够把它保存的记录根据键排序,默认是按键值的升序排序,也可以指定排序的比较器,当用Iterator遍历TreeMap时,得到的记录是排过序的。
 在使用TreeMap时,key必须实现Comparable接口或者在构造TreeMap传入自定义的Comparator,否则会在运行时抛出java.lang.ClassCastException类型的异常。

LinkHashMap(记录插入顺序)

 LinkedHashMap是HashMap的一个子类,保存了记录的插入顺序,在用Iterator遍历LinkedHashMap时,先得到的记录肯定是先插入的,也可以在构造时带参数,按照访问次序排序。

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