Java 集合基础详细介绍

一.Java集合框架概述

集合、数组都是对多个数据进行存储操作的结构，简称Java容器。此时的存储，主要指的是内存层面的存储，不涉及到持久化的存储（.txt, .jpg, .avi，数据库中）。Java 集合就像一种容器，可以动态地把多个对象的引用放入容器中。

1.数组在内存存储方面的特点：

• 数组初始化以后，长度就确定了
• 数组声明的类型，就决定了进行元素初始化时的类型

2.数组在存储数据方面的弊端：

• 数组初始化以后，长度就不可变了，不便于扩展

• 数组中提供的属性和方法少，不便于进行添加、删除、插入等操作，且效率不高。同时无法直接获取数组中实际元素的个数

• 数组存储的数据是有序的、可以重复的。对于无序、不可重复的需求，不能满足。

3.Java集合分为Collection和Map两种关系：

• Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象
  • List：存储有序的、可重复的数据。 --> “动态”数组
    • ArrayList、LinkedList、Vector
  • Set：存储无序的、不可重复的数据 --> 高中讲的“集合”
    • HashSet、LinkedHashSet、TreeSet
• Map接口：双列集合，用来存储一对(key - value)一对的数据 --> 高中函数：y = f(x)
  • HashMap、LinkedHashMap、TreeMap、Hashtable、Properties

二.Collection接口

Collection 接口是 List、Set 和 Queue 接口的父接口，该接口里定义的方法。既可用于操作 Set 集合，也可用于操作 List 和 Queue 集合。

1.常用的API

2.抽象方法

删除、包含相关方法底层都是调用元素类型对象重写的equals方法(比较内容)来判断集合中是否有要删除或包含的元素。向集合中添加obj数据时，要求obj所在类要重写equals()。

• 增：
  • boolean add(Object o)：添加元素到集合
  • boolean addAll(Collection c)：将指定集合中的所有元素添加到此集合
• 删：
  • boolean remove(Object o)：删除找到的第一个元素(equals)
  • boolean removeAll(Collection c)：从当前集合中删除公共元素(equals)(差集)
  • boolean retainAll(Collection c)：从当前集合中删除非公共元素(equals)(交集)
  • void clear()：删除所有元素
• 查：
  • iterator()：返回迭代器对象，用于遍历
  • for(集合元素的类型 局部变量 : 集合对象)：增强for循环，用于遍历
  • int size()：查询有效元素个数
  • hashCode()：查询当前对象的哈希值
• 判断：
  • boolean contains(Object o)：是否包含某个元素(equals)
  • boolean containsAll(Collection c)：是否包含某个集合的所有元素(equals)
  • boolean isEmpty()：判断集合size==0
  • boolean equals(Object o)：集合是否相等(比较集合是否相等：元素及顺序)
• 转换：
  • Object[] toArray()：集合 --> 数组
  • T[] toArray(T[] a) : 集合 --> 数组
  • (Arrays)public static List<T> asList(T... a)：数组 --> 集合

3.注意

获取长度的区分:

• java 中的length属性是针对数组说的,比如说你声明了一个数组,想知道这个数组的长度则用到了 length 这个属性.
• java 中的length()方法是针对字符串String说的,如果想看这个字符串的长度则用到 length()这个方法.
• java 中的size()方法是针对泛型集合说的,如果想看这个泛型有多少个元素,就调用此方法来查看!

向Collection接口的实现类的对象中添加obj数据时，要求obj所在类要重写equals():

• 在判断时会调用obj对象所在类的equals()方法：equals方法默认比较地址，需要重写来比较内容。String、File、Date、包装类默认重写了equals方法
• equals(Object obj)：要想返回true，需要当前集合和形参集合的元素都相同(包括元素的顺序)
• 调用Arrays类的静态方法asList()：基本数据类型数组会被当做一个对象，需要使用包装类对象数组当形参

Collection coll = new ArrayList();
coll.add(123);
coll.add(new Person("Jerry",20));
coll.add(new String("Tom"));
coll.add(false);

// 在判断时会调用obj对象所在类的equals()方法：equals方法默认比较地址，需要重写来比较内容
// 1.contains(Object obj):判断当前集合中是否包含obj
boolean contains = coll.contains(123);
System.out.println(contains);	// true
// String、File、Date、包装类重写了equals方法
System.out.println(coll.contains(new String("Tom")));	// true
// Person没有重写equals方法时：false；重写了equals方法：true
System.out.println(coll.contains(new Person("Jerry",20)));

// coll2集合中：元素内容与coll集合相同，但顺序不同
Collection coll2 = new ArrayList();
coll2.add(new Person("Jerry",20));
coll2.add(new String("Tom"));
coll2.add(123);
coll2.add(false);
// 2.equals(Object obj):要想返回true，需要当前集合和形参集合的元素都相同(包括元素的顺序)。
System.out.println(coll.equals(coll1));  // false

// 3.集合 --> 数组：toArray()
Object[] arr = coll.toArray();
for(int i = 0;i < arr.length;i++){
    System.out.println(arr[i]);
}
// 若集合中都是相同类型的元素,若都为Integer类型
// 第一种方式(最常用)
Integer[] integer = arrayList.toArray(new Integer[0]);
// 第二种方式(容易理解)
Integer[] integer1 = new Integer[arrayList.size()];
arrayList.toArray(integer1);
// 抛出异常，java不支持向下转型,讲Object数组转为Integer数组
//Integer[] integer2 = new Integer[arrayList.size()];
//integer2 = arrayList.toArray();
System.out.println();

// 4.数组 --> 集合:调用Arrays类的静态方法asList()
List<String> list = Arrays.asList(new String[]{"AA", "BB", "CC"});
System.out.println(list);	// [AA, BB, CC]
// 当是int[]时，会当成一个int数组对象
List arr1 = Arrays.asList(new int[]{123, 456});
System.out.println(arr1.size());	// 1
// 包装类数组时，会当成多个元素
List arr2 = Arrays.asList(new Integer[]{123, 456});
System.out.println(arr2.size());	// 2

Person类：重写equals()方法

// Person对象重写equals方法
public class Person {
    String name;
    int age;

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        Person person = (Person) o;
        return age == person.age &&
                Objects.equals(name, person.name);
    }
}

三.集合遍历

1.Iterator接口

Iterator对象称为迭代器(设计模式的一种)，主要用于遍历 Collection 集合中的元素。

Collection接口继承了java.lang.Iterable接口，该接口有一个iterator()方法，那么所有实现了Collection接口的集合类都有一个iterator()方法，用以返回一个实现了Iterator接口的对象。

• 内部的方法：hasNext()：判断是否还有下一个元素 和 next()：指针下移并将指向的元素返回
• 集合对象每次调用iterator()方法都得到一个全新的迭代器对象，默认游标都在集合的第一个元素之前
• 内部定义了remove(),可以在遍历的时候，删除集合中的元素。此方法不同于集合直接调用remove()

示例：

Collection coll = new ArrayList();
coll.add(123);
coll.add(new Person("Jerry",20));
coll.add(new String("Tom"));

Iterator iterator = coll.iterator();
//hasNext():判断是否还有下一个元素
while(iterator.hasNext()){
    //next():1.指针下移 2.将下移以后集合位置上的元素返回
    System.out.print(iterator.next()+" ");	//123 Person{name='Jerry', age=20} Tom
}

//错误方式：
//集合对象每次调用iterator()方法都得到一个全新的迭代器对象，默认游标都在集合的第一个元素之前。
while (coll.iterator().hasNext()){	// 死循环
    System.out.print(coll.iterator().next());	// 123 123 123 ...
}

//遍历过程中删除集合中"Tom"元素
Iterator iterator = coll.iterator();
while (iterator.hasNext()){
    //iterator.remove();	//指针没有下移就remove()会报IllegalStateException
    Object obj = iterator.next();
    if("Tom".equals(obj)){
        iterator.remove();
    }
}
//删除"Tom"之后再遍历集合
iterator = coll.iterator();
while (iterator.hasNext()){
    System.out.println(iterator.next());	//123 Person{name='Jerry', age=20}
}

2.增强for循环

遍历集合：for(集合元素的类型 局部变量 : 集合对象)

Collection coll = new ArrayList();
coll.add(123);
coll.add(new Person("Jerry",20));
coll.add(new String("Tom"));
coll.add(false);

//for(集合元素的类型 局部变量 : 集合对象)
//内部仍然调用了迭代器。
for(Object obj : coll){
    System.out.println(obj);
}

遍历数组：for(数组元素的类型 局部变量 : 数组对象)

int[] arr = new int[]{1,2,3,4,5,6};
//for(数组元素的类型 局部变量 : 数组对象)
for(int i : arr){
    System.out.println(i);
}

注意：数组赋值时不能使用增强for循环

String[] arr = new String[]{"MM","MM","MM"};

//    //方式一：普通for赋值
//    for(int i = 0;i < arr.length;i++){
//        arr[i] = "GG";
//    }

//方式二：增强for循环
for(String s : arr){
    s = "GG";	// s是局部变量，存储在栈中，并不是原数组的引用
}

for(int i = 0;i < arr.length;i++){
    System.out.print(arr[i]+" ");	// MM MM MM
}

四.List接口

List集合类中 元素有序、且可重复，集合中的每个元素都有其对应的顺序索引。

JDK API中List接口的实现类常用的有：ArrayList、LinkedList和 Vector。

LIst除了从Collection集合继承的方法外,List集合里添加了一些根据索引来操作集合元素的方法.

插:

• void add(int index, Object ele) : 在 index 位置插入ele 元素
• boolean addAll(int index, Collection eles) : 从index 位置开始将eles 中的所有元素添加进来

删:

• Object remove(int index) : 移除指定index 位置的元素，并返回此元素

改:

• Object set(int index, Object ele) : 设置指定index 位置的元素为ele

查:

• Object get(int index) : 获取指定index 位置的元素
• int indexOf(Object obj) : 返回obj 在集合中首次出现的位置,如果不存在，返回-1.
• int lastIndexOf(Object obj) : 返回obj 在当前集合中末次出现的位置,如果不存在，返回-1.
• List subList(int fromIndex, int toIndex) : 返回从fromIndex 到toIndex位置的左闭右开区间的子集合

1.ArrayList

ArrayList 是 List 接口的主要实现类,本质上,ArrayList是对象引用的一个"变长"数组,容量能动态增长.

ArrayList 的JDK1.8 之前与之后的实现区别？

• JDK1.7：ArrayList像饿汉式，直接创建一个初始容量为10的数组
• JDK1.8：ArrayList像懒汉式，一开始创建一个长度为0的数组，当添加第一个元素时再创建一个初始容量为10的数组

区分List中remove(int index)和remove(Object obj) ?

List list = new ArrayList();
list.add(1);	// 自动装箱
list.add(2);
list.add(3);
updateList(list);
System.out.println(list);	// [1, 3]
// 判断list是否包含3,contains没有索引的形参
System.out.println(list.contains(3));	// true

private void updateList(List list) {
  // list.remove(2);	// 2代表索引,先根据索引
  list.remove(new Integer(2));	// 2代表对象
}

更多内容详看 : 源码学习 -- > ArrayList

2.LinkedList

双向链表，内部没有声明数组，而是定义了Node类型的first和last，用于记录首末元素。定义内部类Node，作为LinkedList中保存数据的基本结构。

Node除了保存数据，还定义了两个变量：prev变量记录前一个元素的位置; next变量记录下一个元素的位置.

	// 双向链表
    private static class Node<E> {    // 内部类：只有当前类需要使用，外面类不需要使用时
        E item;        // 泛型，obj对象数据
        Node<E> next;    // 下一个元素节点地址：指向下一个元素的指针
        Node<E> prev;    // 上一个元素节点地址：指向上一个元素的指针

        // 元素节点分为三部分：上节点地址，obj对象数据，下节点地址
        Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
    }

对于 频繁的插入或删除元素的操作，建议使用LinkedList类，效率较高.

新增方法:

• void addFirst(Object obj)
• void addLast(Object obj)
• Object getFirst()
• Object getLast()
• Object removeFirst()
• Object removeLast()

更多内容详看 : 源码学习 -- > LinkedList

3.Vector

Vector 是一个古老的集合，JDK1.0就有了。大多数操作与ArrayList相同，区别之处在于Vector是线程安全的.

在各种list中，最好把ArrayList作为默认选择。当插入、删除频繁时，使用LinkedList；Vector总是比ArrayList慢，所以尽量避免使用。

更多内容详看 : 源码学习 --> ArrayList --> Vector

4.三者联系与区别

联系:

• 都实现了List接口, 存储有序的、可重复的数据
• add自定义类时,该类需要重写equals方法(contains,remove等方法以equals为标准判断的)

区别:

• ArrayList: 底层使用动态数组结构; 线程不安全,效率高; 默认创建空列表,添加第一个元素时,分配10个大小的空间,每次扩容为原来的1.5倍;对于随机访问get和set操作效率高于LinkedList
• LinkedList: 底层使用双向链表结构; 线程不安全; 对于频繁的插入, 删除操作效率比ArrayList高
• Vector: 底层使用动态数组结构; 线程安全,效率低; 默认创建10个大小的数组,每次扩容为原来的2倍

五.Set接口

Set接口是Collection的子接口，set接口没有提供额外的方法，使用的都是Collection中声明过的方法。存储无序的、不可重复的数据，类似于高中数学中的"集合"。

以HashSet为例：

• 无序性：不等于随机性。存储的数据在底层数组中并非按照数组索引的顺序添加，而是根据数据的哈希值决定的
• 不可重复性：保证添加的元素按照equals()判断时，不能返回true.即：相同的元素只能添加一个

向Set(主要指：HashSet、LinkedHashSet)中添加的数据，其所在的类一定要重写hashCode()和equals()，重写的hashCode()和equals()尽可能保持一致性：相等的对象必须具有相等的散列码。 Set 判断两个对象是否相同不是使用 == 运算符，而是根据 equals() 方法。

HashSet和TreeSet是Set接口的实现类，LinkedHashSet是HashSet的子类。

• HashSet：作为Set接口的主要实现类；线程不安全的；可以存储null值
• LinkedHashSet：作为HashSet的子类；遍历其内部数据时，可以按照添加的顺序遍历；对于频繁的遍历操作，LinkedHashSet效率高于HashSet
• TreeSet：可以按照添加对象的指定属性，进行排序

1.HashSet

1.1 概述

HashSet 是 Set接口的主要实现，HashSet 按Hash算法来存储集合中的元素，因此具有很好的存取、查找、删除性能。底层是 数组+链表结构。数组初始容量为16，当如果使用率超过0.75，（16 * 0.75=12）就会扩大容量为原来的2倍。（16扩容为32，依次为64,128....等）。

特点：不能保证元素的排列顺序、不是线程安全的、集合元素可以是null。

判断两个元素相等的标准：两个对象通过 hashCode() 方法比较相等，并且两个对象的 equals() 方法返回值也相等。

对于存放在Set容器中的对象， 对应的类一定要重写equals() 和hashCode(Object obj) 方法，以实现对象相等规则 。即： “相等的对象必须具有相等的散列码” 。

1.2 添加元素过程

向HashSet中添加元素的过程(重要)：

首先调用元素a所在类的hashCode()方法，计算元素a的哈希值，此哈希值接着通过某种算法计算出在HashSet底层数组中的存放位置（即为：索引位置），判断数组此位置上是否已经有元素：

• 如果此位置上没有其他元素，则元素a添加成功；
• 如果此位置上有其他元素b(或以链表形式存在的多个元素），则比较元素a与元素b的hash值：
  • 如果hash值不相同，则元素a添加成功；
  • 如果hash值相同，进而需要调用元素a所在类的equals()方法：
    • equals()返回true,元素a添加失败；
    • equals()返回false,则元素a添加成功。

元素a 与已经存在指定索引位置上数据以链表的方式存储。可以用"七上八下"来形容。

• JDK7：元素a放到数组中，指向原来的元素
• JDK8：原来的元素在数组中，指向元素a

如果两个元素的 equals() 方法返回 true，但它们的 hashCode() 返回值不相等，hashSet 将会把它们存储在不同的位置，但依然可以添加成功。

示例：

//其中Person 类中重写了hashCode() 和equal() 方法
HashSet set = new HashSet();
Person p1 = new Person(1001,"AA");
Person p2 = new Person(1002,"BB");

set.add(p1);
set.add(p2);
// [Person{id=1002, name='BB'}, Person{id=1001, name='AA'}]
System.out.println(set);

p1.name = "CC";
set.remove(p1);	// 由于p1的name变化导致hash值变化了，去查找对应的存储位置是null的
// [Person{id=1002, name='BB'}, Person{id=1001, name='CC'}]
System.out.println(set);    

set.add(new Person(1001,"CC"));	// p1原先的hash值是由"AA"算出来的
// [Person{id=1002, name='BB'}, Person{id=1001, name='CC'},
// Person{id=1001, name='CC'}]
System.out.println(set);

set.add(new Person(1001,"AA")); // hash值与p1相同，但equals时是false的
// [Person{id=1002, name='BB'}, Person{id=1001, name='CC'},
// Person{id=1001, name='CC'}, Person{id=1001, name='AA'}]
System.out.println(set);

图示：

1.3 重写方法原则

一般用idea自动生成的重写方法hashCode和equals方法就可以了，复写的hashCode方法有31这个数字。

重写hashCode方法：

• 同一个对象多次调用 hashCode() 方法应该返回相同的值
• 当两个对象的 equals() 方法比较返回 true 时，这两个对象的 hashCode()方法的返回值也应相等
• 对象中用作 equals() 方法比较的 Field，都应该用来计算 hashCode 值

重写equals方法：

• 当改写equals方法时，总要改写hashCode方法；
• 相等的对象必须具有相等的散列码
• 参与计算hashCode 的对象的属性也应该参与到equals() 中进行计算

1.4 示例

Set set = new HashSet();
set.add(456);
set.add(123);
set.add(123);
set.add("AA");
set.add("CC");
set.add(new User("Tom",12));
set.add(new User("Tom",12));
set.add(129);

// 若不重写hashCode方法，则用父类Object的hashCode方法，hash值是随机生成的
// 先判断hash值，hash值不同，两个user对象都会添加到集合中
Iterator iterator = set.iterator();
while(iterator.hasNext()){
    // AA	CC	129	456	123	User{name='Tom', age=12}
    System.out.print(iterator.next()+"\t");
}

Person类：

public class User implements Comparable{
    private String name;
    private int age;

    public User() {
    }
    public User(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        System.out.println("User equals()....");
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;

        User user = (User) o;

        if (age != user.age) return false;
        return name != null ? name.equals(user.name) : user.name == null;
    }
    @Override
    public int hashCode() { //return name.hashCode() + age;
        int result = name != null ? name.hashCode() : 0;
        result = 31 * result + age;
        return result;
    }

    //按照姓名从大到小排列,年龄从小到大排列
    @Override
    public int compareTo(Object o) {
        if(o instanceof User){
            User user = (User)o;
//            return -this.name.compareTo(user.name);
            int compare = -this.name.compareTo(user.name);
            if(compare != 0){
                return compare;
            }else{
                return Integer.compare(this.age,user.age);
            }
        }else{
            throw new RuntimeException("输入的类型不匹配");
        }

    }
}

使用HashSet去除List重复数字值：

public List duplicateList(List list) {
    HashSet set = new HashSet();
    set.addAll(list);
    return new ArrayList(set);
}

2.LinkedHashSet

LinkedHashSet 是 HashSet 的子类。根据元素的 hashCode 值来决定元素的存储位置，在添加数据的同时，每个数据还维护了两个引用，记录此数据前一个数据和后一个数据。对于频繁的遍历操作，效率高于HashSet。

底层结构：

示例：

Set set = new LinkedHashSet();
set.add(456);
set.add(123);
set.add(123);
set.add("AA");
set.add("CC");
set.add(new User("Tom",12));
set.add(new User("Tom",12));
set.add(129);

// 打印输出看似有序，是由于每个数据还维护了两个引用
// 存储位置是由hash值决定的
Iterator iterator = set.iterator();
while(iterator.hasNext()){
    //456	123	AA	CC	User{name='Tom', age=12}	129
    System.out.print(iterator.next()+"\t");
}

3.TreeSet

TreeSet 是 SortedSet 接口的实现类，TreeSet 可以确保集合元素处于排序状态。TreeSet底层使用 红黑树结构存储数据。有序，查询速度比List快。向TreeSet中添加的数据，要求是相同类的对象。

红黑树介绍：平衡查找树之红黑树

结构：

TreeSet 两种排序方法： 自然排序和 定制排序。默认情况下，TreeSet 采用自然排序。

• 自然排序中，比较两个对象是否相同的标准为：compareTo()返回0.不再是equals().
• 定制排序中，比较两个对象是否相同的标准为：compare()返回0.不再是equals().

3.1 自然排序

TreeSet 会调用集合元素的 compareTo(Object obj) 方法来比较元素之间的大小关系，然后将集合元素按升序(默认情况)排列。

如果试图把一个对象添加到 TreeSet 时，则该对象的类必须实现 Comparable接口。实现 Comparable 的类必须实现 compareTo(Object obj) 方法，两个对象即通过compareTo(Object obj) 方法的返回值来比较大小。

示例：

TreeSet set = new TreeSet();

set.add(new User("Tom",12));
set.add(new User("Jerry",32));
set.add(new User("Jim",2));
set.add(new User("Mike",65));
set.add(new User("Jack",33));
set.add(new User("Jack",56));

Iterator iterator = set.iterator();
while(iterator.hasNext()){
    System.out.println(iterator.next());
}
//        User{name='Tom', age=12}
//        User{name='Mike', age=65}
//        User{name='Jim', age=2}
//        User{name='Jerry', age=32}
//        User{name='Jack', age=33}
//        User{name='Jack', age=56}

// User类
public class User implements Comparable {
    //按照姓名从大到小排列,年龄从小到大排列
    @Override
    public int compareTo(User u) {
        int compare = -this.name.compareTo(u.name);
        if(compare != 0){
            return compare;
        }else {
            return Integer.compare(this.age,u.age);
        }
    }
}

3.2 定制排序

定制排序，通过Comparator接口来实现。需要重写compare(T o1,T o2)方法。将实现Comparator接口的实例作为形参传递给TreeSet的构造器。向TreeSet中只能添加类型相同的对象。否则发生ClassCastException异常。

示例：

Comparator com = new Comparator() {
    //按照年龄从小到大排列
    @Override
    public int compare(User u1, User u2) {
        return Integer.compare(u1.getAge(),u2.getAge());
    }
};

TreeSet set = new TreeSet(com);
set.add(new User("Tom",12));
set.add(new User("Jerry",32));
set.add(new User("Jim",2));
set.add(new User("Mike",65));
set.add(new User("Mary",33));
set.add(new User("Jack",33));
set.add(new User("Jack",56));

Iterator iterator = set.iterator();
while(iterator.hasNext()){
    System.out.println(iterator.next());
}

六.Map接口

1.Map与Collection并列存在。用于保存具有映射关系的数据：key-value。key和value可以是任何引用类型的数据。 Map接口的常用实现类：HashMap、TreeMap、LinkedHashMap和

Properties。

• HashMap：作为Map的主要实现类；线程不安全的，效率高；可以存储null的key和value。
• LinkedHashMap：保证在遍历map元素时，可以按照添加的顺序实现遍历。原因：在原有的HashMap底层结构基础上，添加了一对指针，指向前一个和后一个元素。对于频繁的遍历操作，此类执行效率高于HashMap。
• TreeMap：保证按照添加的key-value对进行排序，实现排序遍历。此时考虑key的自然排序或定制排序。底层使用红黑树。
• Hashtable：作为古老的实现类；线程安全的，效率低；不能存储null的key或value。
• Properties：常用来处理配置文件。key和value都是String类型。

2.Map常用方法：

• 添加：
  • Object put(Object key,Object value)：将指定key-value添加到(或修改)当前map对象中
  • void putAll(Map m)：将m中的所有key-value对存放到当前map中
• 删除：
  • Object remove(Object key)：移除指定key的key-value对，并返回value
  • void clear()：清空当前map中的所有数据
• 修改：
  • Object put(Object key,Object value)：将指定key-value添加到(或修改)当前map对象中
• 查询：
  • Object get(Object key)：获取指定key对应的value
  • int size()：返回map中key-value对的个数
• 判断：
  • boolean containsKey(Object key)：是否包含指定的key
  • boolean containsValue(Object value)：是否包含指定的value
  • boolean isEmpty()：判断当前map是否为空
  • boolean equals(Object obj)：判断当前map和参数对象obj是否相等
• 遍历：
  • Set keySet()：返回所有key构成的Set集合
  • Collection values()：返回所有value构成的Collection集合
  • Set entrySet()：返回所有key-value对构成的Set集合

1.HashMap

HashMap是Map接口的主要实现类。允许使用null键和null值。

1.1 结构理解

• key：无序的、不可重复的，使用Set存储所有的key --> key所在的类要重写equals()和hashCode()
• value：无序的、可重复的，使用Collection存储所有的value --> value所在的类要重写equals()
• 键值对：key-value构成了一个Entry对象
• entry：无序的、不可重复的，使用Set存储所有的entry

即判断两个key相等的标准：hashCode相等且equals相等；判断value相等的标准：equals相等。

1.2 重要常量

• DEFAULT_INITIAL_CAPACITY : 默认容量：16
• DEFAULT_LOAD_FACTOR：默认加载因子：0.75
• threshold：扩容的临界值(容量*填充因子)：16 * 0.75 => 12
• TREEIFY_THRESHOLD：Bucket(桶)中链表长度大于该默认值，转化为红黑树：8
• MIN_TREEIFY_CAPACITY：桶中的Node被树化时最小的hash表容量：64

1.3 底层实现

JDK7：

• new HashMap()：创建了一个长度为16的Entry[] table数组
• 数组+链表(形成链表时：新的元素指向旧的元素)

JDK8：

• new HashMap()：没有创建一个长度为16的数组，首次调用put()方法，底层创建成都为16的 Node[] 数组
• 数组+链表+红黑树(形成链表时：旧的元素指向新的元素)
• 当数组的某一个索引位置上的元素以链表形式存在的数据个数(大于8) 且当前数组的长度(大于64)时，此索引位置上的所有数据改为使用红黑树存储

1.4 添加元素的过程(JDK7)

向HashMap中添加entry1(key，value)，需要首先计算entry1中key的哈希值(根据key所在类的hashCode()计算得到)，此哈希值经过处理以后，得到在底层Entry[]数组中要存储的位置i。

- 如果**位置i**上没有元素，则entry1直接添加成功。
- 如果位置i上已经存在entry2(或还有链表存在的entry3，entry4)，则需要通过循环的方法，依次比较entry1中key和其他的entry。
- 如果彼此**hash值**不同，则直接添加成功。
- 如果hash值相同，继续比较二者是否**equals**。
- 如果返回值为true，则使用entry1的value去**替换**equals为true的entry的value。
- 如果遍历一遍以后，发现所有的equals返回都为false,则entry1仍可添加成功。entry1**指向原有**的entry元素。

1.5 数组扩容

JDK7：

在不断的添加过程中，会涉及到扩容问题，当超出临界值12(且要存放的位置非空)时，扩容。默认的扩容方式：扩容为原来容量的2倍，并将原有的数据复制过来。

HashMap数组扩容后，原数组中的数据必须重新计算其在新数组中的位置，并放进去，这就是resize方法。比较消耗性能。

JDK8：

扩容：当HashMap中元素个数超过16 * 0.75=12（这个值就是代码中的threshold值，也叫做临界值）的时候，就把数组的大小扩展为 2*16=32，即扩大一倍，然后重新计算每个元素在数组中的位置，并放进去。

树形化：当HashMap中的其中一个链的对象个数如果达到了8个，此时如果数组capacity没有达到64，那么HashMap会先扩容解决，如果已经达到了64，那么这个链会变成树，结点类型由Node变成TreeNode类型。

1.6 负载因子值

• 负载因子的大小决定了HashMap的数据密度
• 负载因子越大密度越大，发生碰撞的几率越高，数组中的链表越容易长,造成查询或插入时的比较次数增多，性能会下降
• 负载因子越小，就越容易触发扩容，数据密度也越小，意味着发生碰撞的几率越小，数组中的链表也就越短，查询和插入时比较的次数也越小，性能会更高。但是会浪费一定的内存空间。而且经常扩容也会影响性能
• 按照语言参考及研究经验，会将负载因子设置为 0.7~0.75，此时平均检索长度接近于常数

1.7 示例

Map map = new HashMap();
map.put("AA",123);
map.put(45,123);
map.put("BB",56);
map.put(null,76);

System.out.println(map.get(45));	// 123

Object value = map.remove("AA");
System.out.println(value);	// 123 

boolean isExist = map.containsKey("BB");
System.out.println(isExist);	// true
isExist = map.containsValue(123);
System.out.println(isExist);	// true

map.clear();
System.out.println(map.isEmpty());	// true

//遍历时：通常使用增强for循环
//遍历所有的key集：keySet()
Set set = map.keySet();
Iterator iterator = set.iterator();
while(iterator.hasNext()){
    System.out.println(iterator.next());
}
//遍历所有的value集：values()
Collection values = map.values();
for(Object obj : values){
    System.out.println(obj);
}
//遍历所有的key-value
//方式一：entrySet()
Set entrySet = map.entrySet();
Iterator iterator1 = entrySet.iterator();
while (iterator1.hasNext()){
    Object obj = iterator1.next();
    //entrySet集合中的元素都是entry
    Map.Entry entry = (Map.Entry) obj;
    System.out.println(entry.getKey() + "---->" + entry.getValue());
}
//方式二：
Set keySet = map.keySet();
Iterator iterator2 = keySet.iterator();
while(iterator2.hasNext()){
    Object key = iterator2.next();
    Object value = map.get(key);
    System.out.println(key + "=====" + value);
}

更多内容详看 : 源码学习 -- > HashMap

2.LinkedHashMap

LinkedHashMap 是 HashMap 的子类。

在HashMap存储结构的基础上，使用了一对双向链表来记录添加元素的顺序。迭代遍历时：顺序与添加顺序一致。

// HashMap内部类：Node
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
    final int hash;
    final K key;
    V value;
    Node<K,V> next;
}

// LinkedHashMap内部类：Entry 继承 Node
static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
    Entry<K,V> before, after;	// 前驱节点和后继节点：记录添加元素的顺序
    Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
        super(hash, key, value, next);
    }
}

3.TreeMap

TreeMap底层使用红黑树结构存储数据。可以保证所有的 Key-Value 对处于有序状态。向TreeMap中添加key-value，要求key必须是由同一个类创建的对象。

按照key进行排序：

• 自然排序：所有key必须实现Comparable接口，所有key应是同一个类的对象，否则抛出ClassCastException
• 定制排序：TreeMap构造器中传入一个Comparator对象，该对象负责对所有key进行排序，此时不需要Key所在类实现Comparable接口

判断两个key相等的标准：两个key通过compareTo()方法或者compare()方法返回0

自然排序示例：

TreeMap map = new TreeMap();
User u1 = new User("Tom",23);
User u2 = new User("Jerry",32);
User u3 = new User("Jack",20);
User u4 = new User("Rose",18);

map.put(u1,98);
map.put(u2,89);
map.put(u3,76);
map.put(u4,100);

// 遍历打印
Set<User> keys = map.keySet();
for (User key : keys) {
    System.out.print(key + "：" + map.get(key)+"   ");

}

// User类：实现 Comparable接口
public class User implements Comparable{
	private String name;
    private int age;

    public User(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    //按照姓名从大到小排列,年龄从小到大排列
    @Override
    public int compareTo(User u) {
        if(this.name.equals(u.name)){
            return Integer.compare(this.age,U.age);
        }else{
            return -this.name.compareTo(u.name);
        }
    }
}

定制排序示例：

TreeMap map = new TreeMap(new Comparator() {
    @Override
    public int compare(User u1, User u2) {
        return Integer.compare(u1.getAge(), u2.getAge());
    }
});

User u1 = new User("Tom",23);
User u2 = new User("Jerry",32);
User u3 = new User("Jack",20);
User u4 = new User("Rose",18);

map.put(u1,98);
map.put(u2,89);
map.put(u3,76);
map.put(u4,100);

// 遍历打印
Set<User> keys = map.keySet();
for (User key : keys) {
    System.out.print(key + "：" + map.get(key)+"   ");
}

4.Hashtable与Properties

1.Hashtable比较古老了，JDK1.0就提供了。Hashtable实现原理和HashMap相同，功能相同。判断两个key或value值相等的标准也一致。

HashMap与Hashtable区别：

• HashMap线程不安全，Hashtable线程安全
• HashMap允许使用null作为key或value，Hashtable不允许

2.Properties 类是 Hashtable 的子类，该对象用于处理配置文件。由于属性文件里的 key、value 都是字符串类型，所以 Properties 里的 key和 value 都是字符串类型。

存取数据时，建议使用setProperty(String key,String value)方法和getProperty(String key)方法：

Properties pros = new Properties();

FileInputStream fis = new FileInputStream("jdbc.properties");
pros.load(fis);//加载流对应的文件

String name = pros.getProperty("name");
System.out.println("name = " + name);

七.Collections工具类

Collections 是一个操作 Collection 和 Map 等集合的工具类。Collections 中提供了一系列静态的方法对集合元素进行排序、查询和替换等操作，还提供了对集合对象设置不可变、对集合对象实现同步控制等方法。

1.排序操作

方法	描述
reverse(List)	反转 List 中元素的顺序
shuffle(List)	对 List 集合元素进行随机排序
sort(List)	根据元素的自然顺序对指定 List 集合元素按升序排序
sort(List, Comparator)	根据指定的 Comparator 产生的顺序对 List 集合元素进行排序
swap(List, int, int)	将指定 list 集合中的 i 处元素和 j 处元素进行交换

示例：

List list = new ArrayList();
list.add(56);
list.add(12);
list.add(34);
list.add(89);
list.add(-53);
list.add(0);
list.add(34);
// 反转
Collections.reverse(list);
System.out.println(list);
// 随机排序
Collections.shuffle(list);
System.out.println(list);
// 两个索引位置的元素进行交换
Collections.swap(list,1,2);
System.out.println(list);

// Collections自然排序和定制排序方法底层都还是调用的 Arrays.sort(a, (Comparator) c)方法
// 自然排序
Collections.sort(list);
System.out.println(list);

// List接口中sort默认方法部分源码(JDK8中接口新特性)
default void sort(Comparator<? super E> c) {
    Object[] a = this.toArray();	// 将集合转为数组
    Arrays.sort(a, (Comparator) c);	// 调用Arrays的sort方法

    ...
}

2.查找、替换操作

方法	描述
Object max(Collection)	根据元素的自然顺序，返回给定集合中的最大元素
Object max(Collection，Comparator)	根据 Comparator 指定的顺序，返回给定集合中的最大元素
Object min(Collection)
Object min(Collection，Comparator)
int frequency(Collection，Object)	返回指定集合中指定元素的出现次数
void copy(List dest,List src)	将src中的内容复制到dest中
boolean replaceAll(List list，Object oldVal，Object newVal)	使用新值替换List 对象的所有旧值

示例：

// 元素出现次数
int frequency = Collections.frequency(list, 34);
System.out.println(frequency);

// 复制
//报异常：IndexOutOfBoundsException("Source does not fit in dest")
// List dest = new ArrayList();
// Collections.copy(dest,list);
//正确的：目标集合size大小 大于等于 原集合size大小
List dest = Arrays.asList(new Object[list.size()]);
System.out.println(dest.size());//list.size();
Collections.copy(dest,list);

// Collections中void copy(List dest,List src)方法源码
public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src) {
    int srcSize = src.size();
    // 若原集合size大小 大于 目标集合size大小(并不是集合初始化容量大小)，则抛异常
    if (srcSize > dest.size())
        throw new IndexOutOfBoundsException("Source does not fit in dest");

    ...
}

3.同步控制操作

Collections 类中提供了多个 synchronizedXxx() 方法，该方法可使将指定集合包装成线程同步的集合，从而可以解决多线程并发访问集合时的线程安全问题。

List list = new ArrayList();
list.add(56);
list.add(12);
//返回的list2即为线程安全的List
List list2 = Collections.synchronizedList(list);

八.源码学习

1.ArrayList

ArrayList 底层是数组队列,相当于动态数组.与 Java 中的数组相比,它的容量能动态增长.线性表的顺序存储,插入删除元素的时间复杂度为O（n）,求表长以及增加元素,取第 i 元素的时间复杂度为O（1） .

它继承于 AbstractList，实现了 List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable 这些接口。

• ArrayList 继承了AbstractList，实现了List。它是一个数组队列，提供了相关的添加、删除、修改、遍历等功能。
• ArrayList 实现了RandomAccess 接口， RandomAccess 是一个标志接口，表明实现这个这个接口的 List 集合是支持快速随机访问的。在 ArrayList 中，我们即可以通过元素的序号快速获取元素对象，这就是快速随机访问。
• ArrayList 实现了Cloneable 接口，即覆盖了函数 clone()，能被克隆。
• ArrayList 实现java.io.Serializable 接口，这意味着ArrayList支持序列化，能通过序列化去传输。
• 和 Vector 不同，ArrayList 中的操作不是线程安全的！所以，建议在单线程中才使用 ArrayList，而在多线程中可以选择 Collections中的静态方法 List<T> synchronizedList(List<T> list) 将其转为线程安全的。

1.1 JDK7

ArrayList是List接口的可变数组的实现。实现了所有可选列表操作，并允许包括 null 在内的所有元素。除了实现 List 接口外，此类还提供一些方法来操作内部用来存储列表的数组的大小。

1.1.1 核心源码

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {

	/**
	* 1.属性
	*/

	// 底层使用数组实现
	private transient Object[] elementData;	// 声明对象数组变量

	/**
	* 2.构造方法
	*/

	// 构造一个默认初始容量为 10 的空列表
	public ArrayList() {
        this(10);
    }
	// 构造一个指定初始容量的空列表
	public ArrayList(int initialCapacity) {	// 10
        super();
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        this.elementData = new Object[initialCapacity];	// 分配空间10
    }
    // 构造一个包含指定 collection 的元素的列表
    // 这些元素按照该 collection 的迭代器返回它们的顺序排列的
    public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
        elementData = c.toArray();
        size = elementData.length;
        // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
        if (elementData.getClass() != Object[].class)
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
    }

    /**
    * 3.存储
    */

    // 用指定的元素替代此列表中指定位置上的元素，并返回以前位于该位置上的元素。
    public E set(int index, E element) {
    	RangeCheck(index);

    	E oldValue = (E) elementData[index];
    	elementData[index] = element;
    	return oldValue;
    }
    // 将指定的元素添加到此列表的尾部。
    public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }
	// 将指定的元素插入此列表中的指定位置。
	// 如果当前位置有元素，则向右移动当前位于该位置的元素以及所有后续元素（将其索引加 1）。
    public void add(int index, E element) {
        rangeCheckForAdd(index);
		// 如果数组长度不足，将进行扩容
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
         // 将 elementData 中从 Index 位置开始、长度为 size-index 的元素，
		// 拷贝到从下标为 index+1 位置开始的新的 elementData 数组中。
		// 即将当前位于该位置的元素以及所有后续元素右移一个位置。
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                         size - index);
        elementData[index] = element;
        size++;
    }
    // 从指定的位置开始，将指定 collection 中的所有元素插入到此列表中。
    public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
        rangeCheckForAdd(index);

        Object[] a = c.toArray();
        int numNew = a.length;
        ensureCapacityInternal(size + numNew);  // Increments modCount

        int numMoved = size - index;
        if (numMoved > 0)
            System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,
                             numMoved);

        System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
        size += numNew;
        return numNew != 0;
    }

    /**
    * 4.读取
    */

    // 返回此列表中指定位置上的元素。
    public E get(int index) {
        rangeCheck(index);

        return elementData(index);
    }

    /**
    * 5.删除
    * ArrayList 提供了根据下标或者指定对象两种方式的删除功能
    */

	// 移除此列表中指定位置上的元素。
	public E remove(int index) {
        rangeCheck(index);
		// 快速失败的机制，通过记录 modCount 参数来实现
        modCount++;
        E oldValue = elementData(index);

        int numMoved = size - index - 1;
        if (numMoved > 0)
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                             numMoved);
        elementData[--size] = null; // Let gc do its work

        return oldValue;
    }
    // 移除此列表中首次出现的指定元素（如果存在）。这是应为ArrayList中允许存放重复的元素。
    public boolean remove(Object o) {
    	// 由于 ArrayList 中允许存放 null，因此下面通过两种情况来分别处理。
        if (o == null) {
            for (int index = 0; index < size; index++)
                if (elementData[index] == null) {
                	// 类似 remove(int index)，移除列表中指定位置上的元素。
                    fastRemove(index);
                    return true;
                }
        } else {
            for (int index = 0; index < size; index++)
                if (o.equals(elementData[index])) {
                    fastRemove(index);
                    return true;
                }
        }
        return false;
    }

}

1.1.2 底层扩容

	// 添加元素举例
	public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // 有效长度+1
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }
	private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {	// 确认实际容量
        modCount++;
        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)	// 当实际容量大于10时，进行扩容
            grow(minCapacity);
    }

	private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

	private void grow(int minCapacity) {	// 11
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;	// 10
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);	// 10 + 10/2 相当于原先默认的1.5倍
        if (newCapacity - minCapacity < 0)	// 若扩容后比实际容量还小
            newCapacity = minCapacity;	// 赋值为实际容量
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)	// 若扩容后比(Integer.MAX_VALUE-8)还大
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);	// 赋值为Integer.MAX_VALUE
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);	// 赋值为新的数组，数组长度为扩容后的长度
    }

	private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }

数组扩容通过一个公开的方法 ensureCapacity(int minCapacity) 来实现。会将老数组中的元素重新拷贝一份到新的 数组中，每次数组容量的增长大约是其原容量的 1.5 倍。在实际中我们可以在构造 ArrayList 实例时，就指定其容量，以避免数组扩容的发生。或者根据实际需求，通过调用 ensureCapacity 方法来手动增加 ArrayList 实例的容量, 以减少递增式再分配的数量。

ArrayList 还给我们提供了将底层数组的容量调整为当前列表保存的实际元素的大小的功能。它可以通过trimToSize 方法来实现。

	public void trimToSize() {
        modCount++;
        int oldCapacity = elementData.length;
        if (size < oldCapacity) {
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
        }
    }

1.2 JDK8

ArrayList 是一个动态数组，实现了 List 接口以及 list 相关的所有方法，它允许所有元素的插入，包括 null。另外，ArrayList 和 Vector 除了线程不同步之外，大致相等。

JDK8 : 默认构造空实例，大小是 0；只有在使用到时，才会通过grow方法创建一个大小为 10 的数组

JDK7 : 默认构造初始容量为 10 的空列表

在扩容上代码优点区别,但原理都是相同的,都是原容量的1.5倍.

1.2.1 核心源码

// @since   1.2
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {

    /**
    * 1.属性
    * ArrayList所有的方法都是建立在 elementData 属性之上。
    */

	// 默认容量的大小
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
    // 空数组常量：用于空实例
    private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    // 默认的空数组常量：用于默认大小空实例的共享空数组实例。
    // 把它从EMPTY_ELEMENTDATA数组中区分出来，以知道在添加第一个元素时容量需要增加多少。
    private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
    // 存放元素的数组，从这可以发现 ArrayList 的底层实现就是一个 Object数组
    transient Object[] elementData;
    // 数组中包含的元素个数
    private int size;
    // 数组的最大上限
    private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

	/**
	* 2.构造方法
	* 默认情况下，elementData 是一个大小为 0 的空数组；
	* 当我们指定了初始大小的时候 elementData 的初始大小就变成了我们所指定的初始大小了
	*/

	// 实例化：按照指定大小分配空间
	public ArrayList(int initialCapacity) {
        if (initialCapacity > 0) {
            this.elementData = new Object[initialCapacity];	// 分配指定长度的数组空间
        } else if (initialCapacity == 0) {
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;	// 空实例
        } else {
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        }
    }
	// 实例化：空实例，大小是 0；只有在使用到时，才会通过grow方法创建一个大小为 10 的数组
	public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;	// 空数组实例
    }
    // 形参为Collection实现类对象：可将set对象转为list对象
    public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
        elementData = c.toArray();
        if ((size = elementData.length) != 0) {
            // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
            if (elementData.getClass() != Object[].class)
                elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
        } else {
            // replace with empty array.
            this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
        }
    }

   /**
   * 3.get(int index)方法
   * 根据索引获取ArrayList中的元素
   */

   // 根据索引获取集合中元素
   public E get(int index) {
        rangeCheck(index);

        return elementData(index);
    }
    // 判断索引是否越界
    private void rangeCheck(int index) {
        if (index >= size)
            throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg(index));
    }
    // 直接通过数组下表获取元素
    @SuppressWarnings("unchecked")
    E elementData(int index) {
        return (E) elementData[index];
    }

	/**
    * 4.add方法
    * 在插入元素之前，先检查是否需要扩容，后把元素添加到数组中最后一个元素的后面
    */

	// 在数组末尾添加元素,复杂度为O(1)
	public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }
    // 在索引为index处插入元素,复杂度为O(n)
    public void add(int index, E element) {
        rangeCheckForAdd(index);	// 判断索引是否越界或是否小于0

        ensureCapacityInternal(size + 1);
        // 调用一个 native 的复制方法，把 index 位置开始的元素都往后挪一位
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
                         size - index);
        elementData[index] = element;
        size++;
    }
	// 确认是否是空数组
	private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
		// 当 elementData 为空数组时，它会使用默认的大小(10)去扩容
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }

        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }
	// 确认是否需要扩容
	private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
		// 快速失败的机制，通过记录 modCount 参数来实现
        modCount++;

        // 实际容量比默认长度大时，进行扩容
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }
    // ArrayList 每次扩容都是扩 1.5 倍
    // 然后调用 Arrays 类的 copyOf 方法，把元素重新拷贝到一个新的数组中去
    private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // 初始化，赋值为新的数组，长度为10
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }
    // 比较minCapacity和 MAX_ARRAY_SIZE
    private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }

	/**
	* 5.set方法
	*/

	// 把下标为index的元素替换为element,复杂度为O(1)
	public E set(int index, E element) {
        rangeCheck(index);	// 判断索引是否越界

        E oldValue = elementData(index);
        elementData[index] = element;
        return oldValue;
    }

    /**
    * 6.remove方法
    */

    // 删除索引为index处的元素,复杂度为O(n)
    public E remove(int index) {
        rangeCheck(index);	// 判断索引是否越界

        modCount++;
        E oldValue = elementData(index);

        int numMoved = size - index - 1;
        if (numMoved > 0)	// 调用一个 native 的复制方法，把 index 位置开始的元素都往前挪一位
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                             numMoved);
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work

        return oldValue;
    }

    /**
    * 7.size方法
    */

    // 返回数组中元素的个数,时间复杂度为 O(1),返回的并不是数组的实际大小
    public int size() {
        return size;
    }

    /**
    * 8.indexOf方法和lastIndexOf方法
    */

    // 返回从前往后遍历查找第一个等于给定元素的值的下标,时间复杂度为O(n)
    public int indexOf(Object o) {
        if (o == null) {
            for (int i = 0; i < size; i++)
                if (elementData[i]==null)
                    return i;
        } else {	// 从前往后遍历
            for (int i = 0; i < size; i++)	// 通过遍历比较数组中每个元素的值来查找的
                if (o.equals(elementData[i]))
                    return i;
        }
        return -1;
    }
    // 返回从后往前遍历查找第一个等于给定元素的值的下标,时间复杂度为O(n)
    public int lastIndexOf(Object o) {
        if (o == null) {
            for (int i = size-1; i >= 0; i--)
                if (elementData[i]==null)
                    return i;
        } else {
            for (int i = size-1; i >= 0; i--)	// 从后往前遍历
                if (o.equals(elementData[i]))
                    return i;
        }
        return -1;
    }

    /**
     * 从列表中删除所有元素。
     */
    public void clear() {
        modCount++;

        // 把数组中所有的元素的值设为null
        for (int i = 0; i < size; i++)
            elementData[i] = null;

        size = 0;
    }

    /**
     *以正确的顺序（从第一个到最后一个元素）返回一个包含此列表中所有元素的数组。
     *返回的数组将是“安全的”，因为该列表不保留对它的引用。 （换句话说，这个方法必须分配一个新的数
     组）。
     *因此，调用者可以自由地修改返回的数组。 此方法充当基于阵列和基于集合的API之间的桥梁。
     */
    public Object[] toArray() {
        return Arrays.copyOf(elementData, size);
    }

    /**
     * 返回此ArrayList实例的浅拷贝。 （元素本身不被复制。）
     */
    public Object clone() {
        try {
            ArrayList<?> v = (ArrayList<?>) super.clone();
            //Arrays.copyOf功能是实现数组的复制，返回复制后的数组。参数是被复制的数组和复制的长度
            v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
            v.modCount = 0;
            return v;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            // 这不应该发生，因为我们是可以克隆的
            throw new InternalError(e);
        }
    }

}

1.2.2 System.arraycopy()和Arrays.copyOf()

System.arraycopty():

 	/**
     * 在此列表中的指定位置插入指定的元素。
     *先调用 rangeCheckForAdd 对index进行界限检查；
     *然后调用 ensureCapacityInternal 方法保证capacity足够大；
     *再将从index开始之后的所有成员后移一个位置；将element插入index位置；最后size加1。
     */
    public void add(int index, E element) {
        rangeCheckForAdd(index);

        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        //arraycopy()方法实现数组自己复制自己
        //elementData:源数组;index:源数组中的起始位置;
        //elementData：目标数组；index + 1：目标数组中的起始位置； size - index：要复制的数组元素的数量
        System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index);
        elementData[index] = element;
        size++;
    }

Arrays.copyOf():

	/**
     *以正确的顺序（从第一个到最后一个元素）返回一个包含此列表中所有元素的数组。
     *返回的数组将是“安全的”，因为该列表不保留对它的引用。（换句话说，这个方法必须分配一个新的数组）
     *因此，调用者可以自由地修改返回的数组。 此方法充当基于阵列和基于集合的API之间的桥梁。
     */
    public Object[] toArray() {
    //elementData：要复制的数组；size：要复制的长度
        return Arrays.copyOf(elementData, size);
    }

两个方法的源码:

// Arrays类
public static <T,U> T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class<? extends T[]> newType) {
  @SuppressWarnings("unchecked")
  T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class)	// 新建数组
    ? (T[]) new Object[newLength]
    : (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength);
  System.arraycopy(original, 0, copy, 0,	// 拷贝
                   Math.min(original.length, newLength));
  return copy;
}

// System类
public static native void arraycopy(Object src,  int  srcPos,
                                        Object dest, int destPos,
                                        int length);

联系： 看两者源代码可以发现copyOf()内部调用了System.arraycopy()

区别：

• arraycopy()需要目标数组，将原数组拷贝到你自己定义的数组里，而且可以选择拷贝的起点和长度以及放入新数组中的位置
• copyOf()是系统自动在内部新建一个数组，并返回该数组。

1.2.3 内部类

	(1)private class Itr implements Iterator<E>
    (2)private class ListItr extends Itr implements ListIterator<E>
    (3)private class SubList extends AbstractList<E> implements RandomAccess
    (4)static final class ArrayListSpliterator<E> implements Spliterator<E>

ArrayList有四个内部类，

• 其中的Itr是实现了Iterator接口，同时重写了里面的hasNext()， next()， remove() 等方法；
• 其中的ListItr 继承 Itr，实现了ListIterator接口，同时重写了hasPrevious()， nextIndex()， previousIndex()， previous()， set(E e)， add(E e) 等方法;
• Iterator和ListIterator的区别: ListIterator在Iterator的基础上增加了添加对象，修改对象，逆向遍历等方法，这些是Iterator不能实现的。

1.3 Vector

Vector很多方法都跟 ArrayList 一样，只是多加了个 synchronized 来保证线程安全.部分源码:

// @since   JDK1.0
public class Vector<E>
    extends AbstractList<E>
    implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{

	// 每次扩容只扩 capacityIncrement 个空间
	protected int capacityIncrement;

	//  Vector 的默认大小也是 10，而且它在初始化的时候就已经创建了数组了
	public Vector(int initialCapacity, int capacityIncrement) {
        super();
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        this.elementData = new Object[initialCapacity];
        this.capacityIncrement = capacityIncrement;
    }
    public Vector(int initialCapacity) {
        this(initialCapacity, 0);
    }
    public Vector() {
        this(10);
    }

    // newCapacity 默认情况下是两倍的 oldCapacity;
    // 当指定了 capacityIncrement 的值之后，newCapacity 变成了oldCapacity+capacityIncrement
    private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ?
                                         capacityIncrement : oldCapacity);
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

}

1.4 总结

JDK8 ArrayList 与 Vector 比较 :

• ArrayList 创建时的大小为 0；当加入第一个元素时，进行第一次扩容时，默认容量大小为 10。
• ArrayList 每次扩容都以当前数组大小的 1.5 倍去扩容。
• Vector 创建时的默认大小为 10。
• Vector 每次扩容都以当前数组大小的 2 倍去扩容。当指定了 capacityIncrement 之后，每次扩容仅在原先基础上增加 capacityIncrement 个单位空间。
• ArrayList 和 Vector 的 add、get、size 方法的复杂度都为 O(1)，remove 方法的复杂度为 O(n)。
• ArrayList 是非线程安全的，Vector 是线程安全的。

参考链接: ArrayList 源码学习

2.LinkedList

LinkedList 是通过一个双向链表来实现的，它允许插入所有元素，包括 null，同时，它是线程不同步的。LinkedList底层的链表结构使它支持高效的插入和删除操作.如果想使LinkedList变成线程安全的，可以调用Collections中的静态方法 List<T> synchronizedList(List<T> list) 将其转为线程安全.

2.1 内部结构

双向链表每个结点除了数据域之外，还有一个前指针和后指针，分别指向前驱结点和后继结点（如果有前驱/后继的话）。另外，双向链表还有一个 first 指针，指向头节点，和 last 指针，指向尾节点。

LinkedList类中的一个内部私有类Node:

	// 双向链表节点: 每个节点的结构
	private static class Node<E> {	// 内部类：只有当前类需要使用，外面类不需要使用时
        E item;		// 泛型，obj对象数据
        Node<E> next;	// 后继节点;下一个元素节点地址：指向下一个元素的指针
        Node<E> prev;	// 前驱节点;上一个元素节点地址：指向上一个元素的指针

		// 元素节点分为三部分：前驱节点，本节点的值，后继结点
        Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
    }

2.2 属性和构造器

// @since 1.2
public class LinkedList<E>
    extends AbstractSequentialList<E>
    implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable{

    //链表的节点个数//指向头节点的指针
    transient int size = 0;
    //指向头节点的指针
    transient Node<E> first;
    //指向尾节点的指针
    transient Node<E> last;

    // 空构造方法
    public LinkedList() {
    }
    // 用已有的集合创建链表的构造方法
    public LinkedList(Collection<? extends E> c) {
        this();
        addAll(c);
    }
}

2.3 添加节点

在表头或表尾进行插入元素只需要 O(1) 的时间，而在指定位置插入元素则需要先遍历一下链表，所以复杂度为 O(n)。

2.3.1 表头添加元素

addFirst(E e), push(E e), offerFirst(E e)

	public void addFirst(E e) {	// 在链表头部添加元素节点
        linkFirst(e);
    }
	public void push(E e) {	// 在链表头部添加元素节点
        addFirst(e);
    }
	public boolean offerFirst(E e) {
        addFirst(e);
        return true;
    }

	private void linkFirst(E e) {
        final Node<E> f = first;
        //当前节点的前驱指向 null，后继指针原来的头节点
        final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f);
        first = newNode;	//头指针指向新的头节点
        if (f == null)	//如果链表为空，last节点也指向该节点
            last = newNode;
        else	//否则，将头节点的前驱指针指向新节点，也就是指向前一个元素
            f.prev = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

2.3.2 表尾添加元素

add(E e), addLast(E e), offer(E e), offerLast(E e)

	public boolean add(E e) {	// 在链表结尾添加元素节点
        linkLast(e);
        return true;
    }
	public void addLast(E e) {	// 在链表结尾添加元素节点
        linkLast(e);
    }
	public boolean offer(E e) {
        return add(e);
    }
	public boolean offerLast(E e) {
        addLast(e);
        return true;
    }

	void linkLast(E e) {	// 加为最后节点
        final Node<E> l = last;	// 声明临时节点用来存储last节点
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);	// 新节点指向原先last节点
        last = newNode;		// 新节点作为最后一个节点
        if (l == null)
            first = newNode;
        else
            l.next = newNode;	// 原先last节点指向新节点(last节点)
        size++;
        modCount++;
    }

2.3.3 指定位置添加元素

add(int index, E element)

	public void add(int index, E element) {	//在指定位置添加元素节点
        checkPositionIndex(index);	//检查索引是否处于[0-size]之间

        if (index == size)	//添加在链表尾部
            linkLast(element);
        else	//添加在链表中间
            linkBefore(element, node(index));	//一个插入节点的值，一个指定的node
    }

	void linkBefore(E e, Node<E> succ) {
        // assert succ != null;
        final Node<E> pred = succ.prev;	//指定节点的前驱
        //当前节点的前驱为指点节点的前驱，后继为指定的节点
        final Node<E> newNode = new Node<>(pred, e, succ);
        //更新指定节点的前驱为当前节点
        succ.prev = newNode;
        //更新前驱节点的后继
        if (pred == null)
            first = newNode;
        else
            pred.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

2.4 删除节点

2.4.1 删除头节点

remove() ,removeFirst(), pop()

	public E pop() {
        return removeFirst();
    }
	public E remove() {
        return removeFirst();
    }
	public E removeFirst() {
        final Node<E> f = first;
        if (f == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return unlinkFirst(f);
    }

	//删除表头节点，返回表头元素的值
	private E unlinkFirst(Node<E> f) {
        // assert f == first && f != null;
        final E element = f.item;
        final Node<E> next = f.next;
        f.item = null;
        f.next = null; // help GC
        first = next;	//头指针指向后一个节点
        if (next == null)
            last = null;
        else
            next.prev = null;	//新头节点的前驱为 null
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }

2.4.2 删除尾节点

removeLast(), pollLast()

区别: removeLast()在链表为空时将抛出NoSuchElementException，而pollLast()方法返回null。

	public E removeLast() {
        final Node<E> l = last;
        if (l == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return unlinkLast(l);
    }
	public E pollLast() {
        final Node<E> l = last;
        return (l == null) ? null : unlinkLast(l);
    }

	//删除表尾节点，返回表尾元素的值
	private E unlinkLast(Node<E> l) {
        // assert l == last && l != null;
        final E element = l.item;
        final Node<E> prev = l.prev;
        l.item = null;
        l.prev = null; // help GC
        last = prev;	//尾指针指向前一个节点
        if (prev == null)
            first = null;
        else
            prev.next = null;	//新尾节点的后继为 null
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }

2.4.3 删除指定节点

remove(Object o), remove(int index)

	public boolean remove(Object o) { 	// 删除指定元素:只会删除一个匹配的对象
        if (o == null) {	//如果删除对象为null
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {	//从头开始遍历
                if (x.item == null) {	//找到元素
                    unlink(x);	//从链表中移除找到的元素
                    return true;
                }
            }
        } else {
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {//从头开始遍历
                if (o.equals(x.item)) { //找到元素
                    unlink(x);//从链表中移除找到的元素
                    return true;
                }
            }
        }
        return false;
    }
	public E remove(int index) {	//删除指定位置的元素
        //检查index范围
        checkElementIndex(index);
        //将节点删除
        return unlink(node(index));
    }

	//删除指定节点，返回指定元素的值
	E unlink(Node<E> x) {
        // assert x != null;
        final E element = x.item;
        final Node<E> next = x.next;// 当前节点的后继
        final Node<E> prev = x.prev;// 当前节点的前驱
		//删除前驱指针
        if (prev == null) {
            first = next;	//如果删除的节点是头节点,令头节点指向该节点的后继节点
        } else {
            prev.next = next;	//更新前驱节点的后继为当前节点的后继
            x.prev = null;
        }
		//删除后继指针
        if (next == null) {
            last = prev;	//如果删除的节点是尾节点,令尾节点指向该节点的前驱节点
        } else {
            next.prev = prev;	//更新后继节点的前驱为当前节点的前驱
            x.next = null;
        }

        x.item = null;
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }

2.5 获取节点

2.5.1 获取头节点(index=0)

getFirst(), element(), peek(), peekFirst()

区别： 在于对链表为空时的处理，是抛出异常还是返回null，其中getFirst() 和element() 方法将会在链表为空时，抛出NoSuchElementException异常

	public E getFirst() {
        final Node<E> f = first;
        if (f == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return f.item;
    }
	public E element() {
        return getFirst();
    }
	public E peek() {
        final Node<E> f = first;
        return (f == null) ? null : f.item;
    }
	public E peekFirst() {
        final Node<E> f = first;
        return (f == null) ? null : f.item;
     }

2.5.2 获取尾节点(index=-1)

getLast(), peekLast()

区别： getLast() 方法在链表为空时，会抛出NoSuchElementException，而peekLast() 则不会.

	public E getLast() {
        final Node<E> l = last;
        if (l == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return l.item;
    }
 	public E peekLast() {
        final Node<E> l = last;
        return (l == null) ? null : l.item;
    }

2.5.3 获取指定节点

get(int index)

	public E get(int index) {
        //检查index范围是否在size之内
        checkElementIndex(index);
        //调用Node(index)去找到index对应的node然后返回它的值
        return node(index).item;
    }

	//获取指定下标的元素
	Node<E> node(int index) {	//查找index对应的node
        // assert isElementIndex(index);
      //根据下标是否超过链表长度的一半，来选择从头部开始遍历还是从尾部开始遍历
        if (index < (size >> 1)) {
            Node<E> x = first;
            for (int i = 0; i < index; i++)
                x = x.next;
            return x;
        } else {
            Node<E> x = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--)
                x = x.prev;
            return x;
        }
    }

2.6 其它方法

set(int index, E element), size(), contains(Object o), indexOf(Object o), lastIndexOf(Object o)

	public E set(int index, E element) {	//将此列表中指定位置的元素替换为指定的元素
        checkElementIndex(index);
        Node<E> x = node(index);
        E oldVal = x.item;
        x.item = element;
        return oldVal;
    }
	public int size() {	//返回此列表的元素个数
        return size;
    }
	public boolean contains(Object o) {	//检查对象o是否存在于链表中
        return indexOf(o) != -1;
    }
	public int indexOf(Object o) {	//从头遍历找该对象的索引
        int index = 0;
        if (o == null) {
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (x.item == null)
                    return index;
                index++;
            }
        } else {
            for (Node<E> x = first; x != null; x = x.next) {
                if (o.equals(x.item))
                    return index;
                index++;
            }
        }
        return -1;
    }
	public int lastIndexOf(Object o) {	//从尾遍历找该对象的索引
        int index = size;
        if (o == null) {
            for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
                index--;
                if (x.item == null)
                    return index;
            }
        } else {
            for (Node<E> x = last; x != null; x = x.prev) {
                index--;
                if (o.equals(x.item))
                    return index;
            }
        }
        return -1;
    }

参考链接: LinkedList 源码学习

3.HashMap

转载链接：HashMap(JDK1.8)源码学习