扯一扯Java集合_java

大家好！我是仰望星空的鑫。今天我们来聊一聊Java中的集合。

为什么我们要学习集合呢？其实主要有两大目的，

是方便我们用集合中的API来优化我们的代码。
是我们可以通过阅读集合源码来学习借鉴jdk是如何写出优雅代码的。

集合框架（collections framework）

两大基类Collection与Map

Collection

Map

Collection接口

1.List接口

2.Set接口

Map接口

Map是java中的一个接口，常见的实现类有Hashmap，TreeMap，LinkedHashMap，ConcurrenHashMap。

HashMap底层是通过数组+链表+红黑树

TreeMap底层是红黑树实现

LinkedHashMap底层是数组+链表+红黑树+双向链表

集合框架（collections framework）

首先大家要先知道什么是集合，集合和数组有什么区别呢？其实集合存储的就是一些对象，但是数组的长度不能改变，集合的长度是可以改变的。我们也可以把集合想成一种微型的数据库。那么我们 *** 作集合的目的就是实现“增删改查”功能。

两大基类Collection与Map

在集合框架的类继承体系中，有两个基类接口，分别是：

Collection表示一组纯数据
Map表示一组key-value对

Collection

由图可以看出collection集合有三个接口

set：表示不允许有重复元素的集合。
List：允许有重复元素的集合。
Queue：主要用于存储数据，不能改变数据。

Map

由图可以看出Map集合有四个接口：

把map的内容看做key集合
把map的内容看作value的集合
把map的内容看做key—value映射的集合

Collection接口

Collection接口有两个主要的子接口，set接口和list接口，（注意，map不是collection的子接口）

1.List接口

特点：

1、代表一个有序集合

2、允许存放重复元素

3、集合中的每个元素都有其对应的顺序索引，可以通过索引来查找元素。（这点类似于java中的数组）

4、实现list接口的子就接口有：Arraylist，Linkedlist，Vector，Stack。

（1）ArrayList

ArrayList是一个动态数组（具有数组的属性），也是我们最常用的集合。它允许任何符合规则的元素插入甚至包括null。每一个ArrayList都有一个初始容量（10），该容量代表了数组的大小。随着容器中的元素不断增加，容器的大小也会随着增加。在每次向容器中增加元素的同时都会进行容量检查，当快溢出时，就会进行扩容 *** 作。所以如果我们明确所插入元素的多少，最好指定一个初始容量值，避免过多的进行扩容 *** 作而浪费时间、效率。

ArrayList是可以随机访问的，同时ArrayList是非同步的（及多线程情况下是线程不安全的）

（2）LinkedList

Linklist是一个双向链表实现的，所以他具有链表的一些优点（查询慢，但是增删快）。同时他也是非同步的，如果多个线程共享一个数据使用，就会出现线程不安全的情况，如果想避免该情况的发生，一种方法就是创建List时同时构造一个同步list。

（3）Vector

与ArrayList相同，但是他是线程安全的。所以他是一种线程安全的动态数组。

2.Set接口

Set是一种不包括重复元素的Collection。它维持它自己的内部排序，所以随机访问没有任何意义。与List一样，它同样允许null的存在但是仅有一个。由于Set接口的特殊性，所有传入Set集合中的元素都必须不同，同时要注意任何可变对象，如果在对集合中元素进行 *** 作时，导致e1.equals(e2)==true，则必定会产生某些问题。Set接口有三个具体实现类，分别是散列集HashSet、链式散列集LinkedHashSet和树形集TreeSet。

需要注意的是：虽然Set中元素没有顺序，但是元素在set中的位置是由该元素的HashCode决定的，其具体位置其实是固定的。

（1）HashSet

HashSet 是一个没有重复元素的集合。它是由HashMap实现的，不保证元素的顺序(这里所说的没有顺序是指：元素插入的顺序与输出的顺序不一致)，而且HashSet允许使用null 元素。HashSet是非同步的，如果多个线程同时访问一个哈希set，而其中至少一个线程修改了该set，那么它必须保持外部同步。 HashSet按Hash算法来存储集合的元素，因此具有很好的存取和查找性能。

（2）LinkedHashSet

LinkedHashSet继承自HashSet，其底层是基于LinkedHashMap来实现的，有序，非同步。LinkedHashSet集合同样是根据元素的hashCode值来决定元素的存储位置，但是它同时使用链表维护元素的次序。这样使得元素看起来像是以插入顺序保存的，也就是说，当遍历该集合时候，LinkedHashSet将会以元素的添加顺序访问集合的元素。

（3）TreeSet

TreeSet是一个有序集合，其底层是基于TreeMap实现的，非线程安全。TreeSet可以确保集合元素处于排序状态。

Map接口

讲解Map接口，其实就是讲解Map接口的实现类，首先Map与Collection集合是并列关系，Map是保存具有映射关系的数据：Key-value；

Map中的key，value可以是任何引用类型的数据，他们的值会封装到HashMap$Node中去

public static void main(String[] args) {
        Map map = new HashMap();
        map.put("no1","渣渣鑫");
        map.put("no2","渣渣鑫");
        System.out.println("map"+map);
    }

Map中的key不允许重复，如果重复了，就会覆盖之前key对应的值，但是value可以重复，大家看代码可以发现，value可以重复，同时你会发现，map集合是无序的，输出顺序与输入顺序不同。

这个与源码有关。

Map的key值可以为null，但是只能有一个为null，value可以有多个null值。

Map与List和Set集合不同，Map是通过键值对的映射来存储数据的，每一个Key对应一个Value，所以它不能存储相同的key值，但是value可以相同。

Map是java中的一个接口，常见的实现类有Hashmap，TreeMap，LinkedHashMap，ConcurrenHashMap。 HashMap底层是通过数组+链表+红黑树

我们new一个HashMap的时候会发生什么呢？首先Hashmap有多种构造方法，但是最重要的一个是指定初始值的大小和负载因子。如果不指定的话，默认初始容量为16，负载因子为0.75

问题：初始化容量值和负载因子是什么？

这二者的作用与HashMap的扩容机制密切相关，所以我先讲一下关于HashMap的扩容机制。

首先将（key1，val1）直接放入Node类型的数组中去，此时没有给构造方法传入任何参数，默认数组初始化容量是16，默认的负载因子是0.75，当在集合中存放数据的时候，首先先看一下哈希表中的数组的数量是否达到计算出来的阈值【初始化容量*负载因子（16*0.75=12）】，也就是说当存入数据大于12的时候就会开启自动扩容机制（初始化容量为2的幂次），扩容后的容量为原容量的两倍。

问题：HashMap的初始化容量必须是2的幂次方吗？2的奇数或者2的倍数不可以吗？

2的幂次方：hashmap在确定元素落在数组的位置的时候，计算方法是(n - 1) & hash，n为数组长度也就是初始容量。hashmap结构是数组，每个数组里面的结构是node（链表或红黑树），正常情况下，如果你想放数据到不同的位置，肯定会想到取余数确定放在那个数组里，计算公式：hash % n，这个是十进制计算。在计算机中， (n - 1) & hash，当n为2次幂时，会满足一个公式：(n - 1) & hash = hash % n，计算更加高效。
奇数不行：在计算hash的时候，确定落在数组的位置的时候，计算方法是(n - 1) & hash，奇数n-1为偶数，偶数2进制的结尾都是0，经过hash值&运算后末尾都是0，那么0001，0011，0101，1001，1011，0111，1101这几个位置永远都不能存放元素了，空间浪费相当大，更糟的是这种情况中，数组可以使用的位置比数组长度小了很多，这样就会造成空间的浪费而且会增加hash冲突。

问题：HashMap的负载因子必须是0.75吗？

负载因子太大：

负载因子的大小决定了扩容阈值的大小，当负载因子变大，扩容发生的频率就会变低，发生hash冲突的几率就会比较大。【哈希冲突：简单理解就是参与哈希运算的数据是无限的，但是计算后的结果是有限的，因此总会存在不同数据经过哈希运算得出相同的结果，这就是哈希冲突】，哈希冲突导致的结果就是数组中的某一条链表比较长，会影响性能。

负载因子太小：

当负载因子太小的时候，扩容频率比较高，浪费的空间也比较多，发生Hash冲突的几率小，但是空间浪费严重。比如负载因子为0.5的时候，hashmap的初始容量是128，当数量达到65的时候就会触发扩容机制，扩容后的容量为256，256里面只存储了65个元素，其余的全部浪费了。

问题：哈希算法是如何计算key值得？

他就是先算出正常的哈希值，然后与高16位做异或运算，产生最终的哈希值。

    static final int hash(Object key) {
        int h;
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
    }

问题：HashMap是如何存入数据的

首先根据Key值进行哈希算法得到index的值，相当于是索引值，如果该值没有与其他索引值产生碰撞，就直接放入数组中去，如果产生了哈希冲突，就需要判断目前数据结构采用的是链表还是红黑树的存储，根据不同的情况进行插入。

问题：什么时候用链表什么时候用红黑树

当数组的大小大于64且链表的大小大于8的时候才会将链表改为红黑树，当红黑树的值小于6的时候，会退化为链表。

问题：关于HashMap线程安全问题？

HashMap是线程不安全的，在多线程情况下，put *** 作会导致数据不一致，扩容的时候，在jdk1.8之前采用的是头插法，当两个线程同时检测到hashmap需要扩容，在进行同时扩容的时候可能会造成链表的循环。在1.8之后就不存在这个问题了，因为当链表长度大于8的时候就会转变成红黑树。

问题：如何解决线程不安全的问题呢？

使用HashTable代替HashMap，因为HashTable在外层套了synchronize，这种被包装出来的效率都比较低效，所以我们用的最多的线程安全的集合是ConcurrenHashMap；ConcurrenHashMap的底层数据结构是数组+链表/红黑树。他支持高并发的访问和更新，是线程安全的。

TreeMap底层是红黑树实现

TreeMap的key不能为null，如果为null会报空指针异常。

LinkedHashMap底层是数组+链表+红黑树+双向链表

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