HashMap、LinkedHashMap、ConcurrentHashMap、ArrayList、LinkedList 底层实现

HashMap相关问题

1、你用过HashMap吗？什么是HashMap？你为什么用到它？

用过，HashMap是基于哈希表的Map接口的非同步实现，它允许null键和null值，且HashMap依托于它的数据结构的设计，存储效率特别高，这是我用它的原因

2、你知道HashMap的工作原理吗？你知道HashMap的get()方法的工作原理吗？

上面两个问题属于同一答案的问题

HashMap是基于hash算法实现的，通过put(key,value)存储对象到HashMap中，也可以通过get(key)从HashMap中获取对象。当我们使用put的时候，首先HashMap会对key的hashCode()的值进行hash计算，根据hash值得到这个元素在数组中的位置，将元素存储在该位置的链表上。当我们使用get的时候，首先HashMap会对key的hashCode()的值进行hash计算，根据hash值得到这个元素在数组中的位置，将元素从该位置上的链表中取出

3、当两个对象的hashcode相同会发生什么？

hashcode相同，说明两个对象HashMap数组的同一位置上，接着HashMap会遍历链表中的每个元素，通过key的equals方法来判断是否为同一个key，如果是同一个key，则新的value会覆盖旧的value，并且返回旧的value。如果不是同一个key，则存储在该位置上的链表的链头

4、如果两个键的hashcode相同，你如何获取值对象？

遍历HashMap链表中的每个元素，并对每个key进行hash计算，最后通过get方法获取其对应的值对象

5、如果HashMap的大小超过了负载因子(load factor)定义的容量，怎么办？

负载因子默认是0.75，HashMap超过了负载因子定义的容量，也就是说超过了（HashMap的大小*负载因子）这个值，那么HashMap将会创建为原来HashMap大小两倍的数组大小，作为自己新的容量，这个过程叫resize或者rehash

6、你了解重新调整HashMap大小存在什么问题吗？

当多线程的情况下，可能产生条件竞争。当重新调整HashMap大小的时候，确实存在条件竞争，如果两个线程都发现HashMap需要重新调整大小了，它们会同时试着调整大小。在调整大小的过程中，存储在链表中的元素的次序会反过来，因为移动到新的数组位置的时候，HashMap并不会将元素放在LinkedList的尾部，而是放在头部，这是为了避免尾部遍历(tail traversing)。如果条件竞争发生了，那么就死循环了

7、我们可以使用自定义的对象作为键吗？

可以，只要它遵守了equals()和hashCode()方法的定义规则，并且当对象插入到Map中之后将不会再改变了。如果这个自定义对象时不可变的，那么它已经满足了作为键的条件，因为当它创建之后就已经不能改变了。

HashSet与HashMap区别

HashMap实现了Map接口 
HashSet实现了Set接口

HashMap储存键值对 
HashSet仅仅存储对象

HashMap使用put()方法将元素放入map中 
HashSet使用add()方法将元素放入set中

HashMap中使用键对象来计算hashcode值 
HashSet使用成员对象来计算hashcode值

HashMap比较快，因为是使用唯一的键来获取对象 
HashSet较HashMap来说比较慢

HashTable与HashMap的区别

Hashtable方法是同步的 
HashMap方法是非同步的

Hashtable基于Dictionary类 
HashMap基于AbstractMap，而AbstractMap基于Map接口的实现

Hashtable中key和value都不允许为null，遇到null，直接返回 NullPointerException 
HashMap中key和value都允许为null，遇到key为null的时候，调用putForNullKey方法进行处理，而对value没有处理

Hashtable中hash数组默认大小是11，扩充方式是old*2+1 
HashMap中hash数组的默认大小是16，而且一定是2的指数

LinkedHashMap的有序性

LinkedHashMap底层使用哈希表与双向链表来保存所有元素，它维护着一个运行于所有条目的双向链表（如果学过双向链表的同学会更好的理解它的源代码），此链表定义了迭代顺序，该迭代顺序可以是插入顺序或者是访问顺序 
1.按插入顺序的链表：在LinkedHashMap调用get方法后，输出的顺序和输入时的相同，这就是按插入顺序的链表，默认是按插入顺序排序

2.按访问顺序的链表：在LinkedHashMap调用get方法后，会将这次访问的元素移至链表尾部，不断访问可以形成按访问顺序排序的链表。简单的说，按最近最少访问的元素进行排序（类似LRU算法）

我们可以通过例子来理解我们上面所说的LinkedHashMap的插入顺序和访问顺序

public static void main(String[] args) {
    Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();
    map.put("apple", "苹果");
    map.put("watermelon", "西瓜");
    map.put("banana", "香蕉");
    map.put("peach", "桃子");

    Iterator iter = map.entrySet().iterator();
    while (iter.hasNext()) {
        Map.Entry entry = (Map.Entry) iter.next();
        System.out.println(entry.getKey() + "=" + entry.getValue());
    }
}

上面是简单的HashMap代码，通过控制台的输出，我们可以看到HashMap是没有顺序的

banana=香蕉 
apple=苹果 
peach=桃子 
watermelon=西瓜

我们现在将HashMap换成LinkedHashMap，其他代码不变

Map<String, String> map = new LinkedHashMap<String, String>();

看一下控制台的输出

apple=苹果 
watermelon=西瓜 
banana=香蕉 
peach=桃子

我们可以看到，其输出顺序是完成按照插入顺序的，也就是我们上面所说的保留了插入的顺序。下面我们修改一下代码，通过访问顺序进行排序

public static void main(String[] args) {
    Map<String, String> map = new LinkedHashMap<String, String>(16,0.75f,true);
    map.put("apple", "苹果");
    map.put("watermelon", "西瓜");
    map.put("banana", "香蕉");
    map.put("peach", "桃子");

    map.get("banana");
    map.get("apple");

    Iterator iter = map.entrySet().iterator();
    while (iter.hasNext()) {
        Map.Entry entry = (Map.Entry) iter.next();
        System.out.println(entry.getKey() + "=" + entry.getValue());
    }
}

代码与之前的相比 
1.替换了LinkedHashMap的构造函数，使用三个参数的构造函数，第三个参数传进true就是表明用访问顺序来排序，默认是false（即插入顺序） 
2.增加了两句LinkedHashMap的get方法，来表示最近已经访问过这两个元素了

//修改的代码
Map<String, String> map = new LinkedHashMap<String, String>(16,0.75f,true);
......
map.get("banana");
map.get("apple");

看一下控制台的输出结果

watermelon=西瓜 
peach=桃子 
banana=香蕉 
apple=苹果

我们可以看到，顺序是先从最少访问的元素开始遍历（西瓜、桃子），而香蕉、苹果是因为分别调用了get方法，香蕉是最先访问的，所以它的比苹果更少用一些。这也就是我们之前提到过的，LinkedHashMap可以选择按照访问顺序进行排序

LinkedHashMap与HashMap的区别

LinkedHashMap有序的，有插入顺序和访问顺序 
HashMap无序的

LinkedHashMap内部维护着一个运行于所有条目的双向链表 
HashMap内部维护着一个单链表

什么是ArrayList

ArrayList可以理解为动态数组，它的容量能动态增长，该容量是指用来存储列表元素的数组的大小，随着向ArrayList中不断添加元素，其容量也自动增长 
ArrayList允许包括null在内的所有元素 
ArrayList是List接口的非同步实现 
ArrayList是有序的

定义如下：

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

}

ArrayList实现了List接口、底层使用数组保存所有元素，其操作基 本上是对数组的操作

ArrayList继承了AbstractList抽象类，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RandmoAccess接口，即提供了随机访问功能，RandmoAccess是java中用来被List实现，为List提供快速访问功能的，我们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实现了java.io.Serializable接口，意味着ArrayList支持序列化

什么是LinkedList

LinkedList基于链表的List接口的非同步实现 
LinkedList允许包括null在内的所有元素 
LinkedList是有序的 
LinkedList是fail-fast的

LinkedList与ArrayList的区别

LinkedList底层是双向链表 
ArrayList底层是可变数组

LinkedList不允许随机访问，即查询效率低 
ArrayList允许随机访问，即查询效率高

LinkedList插入和删除效率快 
ArrayList插入和删除效率低

解释一下：

对于随机访问的两个方法，get和set，ArrayList优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针 
对于新增和删除两个方法，add和remove，LinedList比较占优势，因为ArrayList要移动数据

什么是ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap基于双数组和链表的Map接口的同步实现 
ConcurrentHashMap中元素的key是唯一的、value值可重复 
ConcurrentHashMap不允许使用null值和null键 
ConcurrentHashMap是无序的

为什么使用ConcurrentHashMap

我们都知道HashMap是非线程安全的，当我们只有一个线程在使用HashMap的时候，自然不会有问题，但如果涉及到多个线程，并且有读有写的过程中，HashMap就会fail-fast。要解决HashMap同步的问题，我们的解决方案有

Hashtable 
Collections.synchronizedMap(hashMap) 
这两种方式基本都是对整个hash表结构加上同步锁，这样在锁表的期间，别的线程就需要等待了，无疑性能不高，所以我们引入ConcurrentHashMap，既能同步又能多线程访问

ConcurrentHashMap的数据结构

ConcurrentHashMap的数据结构为一个Segment数组，Segment的数据结构为HashEntry的数组，而HashEntry存的是我们的键值对，可以构成链表。可以简单的理解为数组里装的是HashMap

从上面的结构我们可以了解到，ConcurrentHashMap定位一个元素的过程需要进行两次Hash操作，第一次Hash定位到Segment，第二次Hash定位到元素所在的链表的头部，因此，这一种结构的带来的副作用是Hash的过程要比普通的HashMap要长，但是带来的好处是写操作的时候可以只对元素所在的Segment进行加锁即可，不会影响到其他的Segment。正是因为其内部的结构以及机制，ConcurrentHashMap在并发访问的性能上要比Hashtable和同步包装之后的HashMap的性能提高很多。在理想状态下，ConcurrentHashMap 可以支持 16 个线程执行并发写操作（如果并发级别设置为 16），及任意数量线程的读操作

什么是Vector

Vector是基于可变数组的List接口的同步实现 
Vector是有序的 
Vector允许null键和null值 
Vector已经不建议使用了

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

Vector实现了List接口、底层使用数组保存所有元素，其操作基本上是对数组的操作 
Vector继承了AbstractList抽象类，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 
Vector实现了RandmoAccess接口，即提供了随机访问功能，RandmoAccess是java中用来被List实现，为List提供快速访问功能的，我们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 
Vector实现了Cloneable接口，即覆盖了函数clone()，能被克隆 
Vector实现了java.io.Serializable接口，意味着ArrayList支持序列化

Vector和ArrayList的区别

Vector同步、线程安全的 
ArrayList异步、线程不安全

Vector 需要额外开销来维持同步锁，性能慢 
ArrayList 性能快

Vector 可以使用Iterator、foreach、Enumeration输出 
ArrayList 只能使用Iterator、foreach输出