Java基础知识总结 ——集合

红太狼 2023-07-24 02:14 72阅读 0赞

# 1. List #

List是有序的Collection，List一共有三个实现类：ArrayList、Vector和LinkedList。

## 1.1. ArrayList ##

ArrayList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。因此他适合随机查找和遍历，不适合插入和删除。

## 1.2. Vector ##

Vector和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。

## 1.3. LinkedList ##

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，可以当做堆栈、队列和双向队列使用。

# 2. Set #

Set集合用于存储无序元素，值不能重复。对象的相等性本质是对象hashCode值判断的，如果想要让两个不同的对象视为相等，就必须覆盖Object的hashCode方法和equals方法。

## 2.1. HashSet ##

哈希表存放的是哈希值。HashSet存储元素的顺序并不是按照存入时的顺序而是按照哈希值来存的，所以取数据也是按照哈希值取的。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的元素就是在同样的哈希值下顺延，哈希一样的存一列。一个hashCode位置上可以存放多个元素。

## 2.2. TreeSet ##

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、降序)，每增加一个对象都会进行排序，讲对象插入二叉树指定的位置。  
Integer和String对象都可以进行默认的TreeSet排序，而自定义的对象是不可以的，自己定义的类必须实现Comparable接口，并且覆写相对应的compareTo()函数，才可以正常使用。  
在覆写compareTo()函数时，要返回相应的值才能使TreeSet按照一定的规则来排序。  
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。

## 2.3. LinkedHashSet(继承HashSet) ##

对于LinkedHashSet而言，它继承与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，其所有方法操作上又和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，直接调用父类的HashSet的方法即可。

# 3. Queue #

# 4. HashMap #

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。HashMap的结构如下图：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTIzNTA0MzA_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
HashMap里面是一个数组，然后数组中每个元素时一个单向链表。图中每个绿色的尸体是嵌套类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：扩容的阀值，等于capacity\*loadFactor

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，会讲链表转换为红黑树，在这些位置进行查找的时候可以降低时间复杂度为O(logN)。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTIzNTA0MzA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

## 4.1. LinkedHashMap ##

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。

# 5. HashTable #

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。

# 6. TreeMap #

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，得到的记录是排序过的。如果使用排序的映射，建议使用TreeMap。  
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。

# 7. ConcurrentHashMap #

## 7.1. Segment段 ##

ConcurrentHashMap由一个个Segment组成，Segment代表”部分“或”一段“的意思，所以很多地方会将其描述为分段锁。

## 7.2. 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。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTIzNTA0MzA_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

## 7.3. concurrencyLevel(默认 16) ##

concurrencyLevel可以翻译为并行级别、并发数、Segment数等。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，但一旦初始化以后，它是不可扩容的。  
Java8 对 ConcurrentHashMap 进行了比较大的改动,Java8 也引入了红黑树。

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