java高级工程师不得不知道的--集合底层实现原理

亦凉 2023-03-14 10:46 85阅读 0赞

## ArrayList实现原理要点概况 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zMDQwOTkyNw_size_16_color_FFFFFF_t_70]

*  底层是数组实现

，线程不安全，允许包含null在内的所有元素，允许存放相同元素

*  数组扩容  
    默认长度是10，每次数组容量增长大约是其容量的1.5倍，会将老数组中的元素重新拷贝到新数组中。
 *  查询快，增删慢  
    add、remove操作对于ArrayList其运行时间是O（N），因为在它当中在前端进行添加或移除构造新数组是O（N）操作；get方法的调用为O（1）操作。要是使用一个增强的for循环，对于任意List的运行时间都是O（N），因为迭代器将有效地从一项到下一项推进。

## LinkedList ##

*  底层是双向链表，线程不安全
 *  它的查找是分两半查找，先判断index是在链表的哪一半，然后再去对应区域查找，这样最多只要遍历链表的一半节点即可找到
 *  add、remove操作对于LinkedList其运行时间是O（1）；get方法的调用为O（N）操作。要是使用一个增强的for循环，对于任意List的运行时间都是O（N），因为迭代器将有效地从一项到下一项推进。

## HashMap ##

*  hashMap是基于哈希表的Map接口的非同步实现，允许使用Null值和Null键，但不保证映射的顺序。
 *  底层是使用数组实现，数组中每一项是个单向链表，即数组和链表的结合体；当链表长度的阈值大于8时，链表转换为红黑树，减少链表查询时间。  
    HashMap的负载因子达到0.75的时候会扩容，需要重新计算扩容后每个元素在数组中的位置，比较耗性能

## LinkedHashMap ##

*  LinkedHashMap继承于HashMap，底层使用哈希表和双向链表来保存所有元素，并且它是非同步，允许使用null值和null键。
 *  基本操作与父类HashMap相似，通过重写HashMap相关方法，重新定义了数组中保存的元素Entry，来实现自己的链接列表特性。该Entry除了保存当前对象的引用外，还保存了其上一个元素before和下一个元素after的引用，从而构成了双向链接列表。

## ConcurrentHashMap ##

*  线程安全，其关键在于锁分离技术
 *  使用了多个锁来控制对hash表的不同段进行的修改，每个段其实就是一个小的hashtable，它们有自己的锁。只要多个并发发生在不同的段上，它们就可以并发进行。
 *  ConcurrentHashMap在底层将key-value当成一个整体进行处理，这个整体就是一个Entry对象。Hashtable底层采用一个Entry\[\]数组来保存所有的key-value对，当需要存储一个Entry对象时，会根据key的hash算法来决定其在数组中的存储位置，在根据equals方法决定其在该数组位置上的链表中的存储位置；当需要取出一个Entry时，也会根据key的hash算法找到其在数组中的存储位置，再根据equals方法从该位置上的链表中取出该Entry。
 *  与HashMap不同的是，ConcurrentHashMap使用多个子Hash表，也就是段(Segment)
 *  ConcurrentHashMap完全允许多个读操作并发进行，读操作并不需要加锁。如果使用传统的技术，如HashMap中的实现，如果允许可以在hash链的中间添加或删除元素，读操作不加锁将得到不一致的数据。ConcurrentHashMap实现技术是保证HashEntry几乎是不可变的。

## HashSet ##

HashSet由哈希表(实际上是一个HashMap实例)支持，不保证set的迭代顺序，并允许使用null元素。  
基于HashMap实现，API也是对HashMap的行为进行了封装，可参考HashMap

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