【总结】java集合

一.collection

1、List接口和Set接口都继承自Collection接口，Collection接口继承Iterable接口（Iterable有一个Iterator方法），即可迭代的；Collection只能存储引用类型（对于基本数据类型进行装箱操作）

2、List接口存储元素特点：有序（存进去什么顺序取出来还什么顺序），可重复；Set接口存储元素特点：无序，不可重复

3、实现List接口主要的类包括ArrayList，LinkedList，Vector；实现Set的主要类包括：hashSet，TreeSet（自动排序）

1.List

1.ArrayList

（1）基本情况

ArrayList实现了List接口，是顺序容器，即元素存放的数据与放进去的顺序相同，允许放入null元素，底层通过数组实现。除该类未实现同步外，其余跟Vector大致相同。每个ArrayList都有一个容量（capacity），表示底层数组的实际大小，容器内存储元素的个数不能多于当前容量。当向容器中添加元素时，如果容量不足，容器会自动增大底层数组的大小。Java泛型只是编译器提供的语法糖，所以这里的数组是一个Object数组，以便能够容纳任何类型的对象。

（2）扩容机制

ArrayList是采取延迟分配对象空间的

①不指定ArrayList的初始容量，在第一次add的时候会把容量初始化为10个，这个数值是确定的；

②ArrayList的扩容时机为add的时候容量不足，扩容的后的大小为原来的1.5倍，扩容需要拷贝以前数组的所有元素到新数组

（2）特点

查询效率高，插入删除效率低。查找的话，直接通过下标可以查找到，所以效率快；插入删除的话，由于插入（删除）位置后面的元素都需要移动，所以效率较差。

2.LinkedList

（1）基本情况

LinkedList同时实现了List接口和Deque接口，也就是说它既可以看作一个顺序容器，又可以看作一个队列（Queue），同时又可以看作一个栈（Stack）。这样看来，LinkedList简直就是个全能冠军。当你需要使用栈或者队列时，可以考虑使用LinkedList，一方面是因为Java官方已经声明不建议使用Stack类，更遗憾的是，Java里根本没有一个叫做Queue的类（它是个接口名字）

（2）栈和队列的选择

关于栈或队列，现在的首选是ArrayDeque（双端队列），它有着比LinkedList（当作栈或队列使用时）有着更好的性能。

A、ArrayDeque内部使用数组实现，并且是循环数组

B、LinkedList内部使用链表实现

（3）特点

LinkedList底层通过双向链表实现。增删快，查找慢（增删只需要改变前后指针指向，查找需要从链表头开始查找）。为追求效率LinkedList没有实现同步（synchronized），如果需要多个线程并发访问，可以先采用Collections.synchronizedList()方法对其进行包装。

3.Vector

（1）和ArrayList一样，底层使用数组实现

（2）vector是线程安全的，效率受到影响。

（3）vector在多线程环境下也会受到线程安全问题。比如说，一个线程去删除i位置上的元素，另外一个线程去拿i位置上的元素，就会报异常。

（4）默认长度：10 扩容为原来的2倍（arraylist是1.5倍）

4.Stack

Stack是继承自Vector的，所以用法啊，线程安全什么的跟Vector都差不多，只是有几个地方需要注意：

（1）add()和push()，stack是将最后一个element作为栈顶的，所以这两个方法对stack而言是没什么区别的，但是，它们的返回值不一样，add()返回boolean，就是添加成功了没有；push()返回的是你添加的元素。为了可读性以及将它跟栈有一丢丢联系，推荐使用push。

（2）peek()和pop()，这两个方法都能得到栈顶元素，区别是peek()只是读取，对原栈没有什么影响；pop()，从字面上就能理解，出栈，所以原栈的栈顶元素就没了。

2.Set

HashSet添加的元素是存放在HashMap的key位置上，而value取了默认常量PRESENT，是一个空对象。（为什么不用null？因为set的remove返回Boolean，如果value设为null，remove后为null，并不代表它删除成功）

1.HashSet

（1）不能保证元素的排列顺序，顺序有可能发生变化

（2）不是同步的

（3）集合元素可以是null,但只能放入一个null

2.TreeSet

TreeSet是SortedSet接口的唯一实现类，TreeSet可以确保集合元素处于排序状态。TreeSet支持两种排序方式，自然排序和定制排序，其中自然排序为默认的排序方式。向TreeSet中加入的应该是同一个类的对象。

TreeSet判断两个对象不相等的方式是两个对象通过equals方法返回false，或者通过CompareTo方法比较没有返回0

自然排序是根据集合元素的大小，以升序排列，如果要定制排序，应该使用Comparator接口，实现 int compare(T o1,T o2)方法。

（1）TreeSet 是二叉树实现的,TreeSet中的数据是自动排好序的，不允许放入null值。

（2）HashSet 是哈希表实现的,HashSet中的数据是无序的，可以放入null，但只能放入一个null，两者中的值都不能重复，就如数据库中唯一约束。

（3）HashSet要求放入的对象必须实现HashCode()方法，放入的对象，是以hashcode码作为标识的，而具有相同内容的 String对象，hashCode是一样，所以放入的内容不能重复。但是同一个类的对象可以放入不同的实例 。

2.Map

1.hashmap

（1）HashMap的结构：

HashMap的主干是一个Entry数组。Entry是HashMap的基本组成单元，每一个Entry包含一个key-value键值对。HashMap采用了链地址法，也就是数组+链表的方式处理hash冲突

将对向放入到HashMap或HashSet中时，有两个方法需要特别关心：A、hashCode()和equals()。hashCode()方法决定了对象会被放到哪个bucket里，当多个对象的哈希值冲突时，equals()方法决定了这些对象是否是“同一个对象”。所以，如果要将自定义的对象放入到HashMap或HashSet中，需要重写 hashCode()和equals()方法。

B、插入使用头插法

（2）两个重要的方法put() get()

①.put方法：调用key的hash方法得到这个元素在数组中的位置（即下标）如果该位置已经存在其它元素，那么在同一个位子上的元素将以链表的形式存放，通过equals方法依次比较链表中的key，相同则替换。不同则添加到表尾（1.8之前添加到表头）。

②.get方法：调用key的hash方法得到这个元素在数组中的位置（即下标），然后通过key的equals方法在对应位置的链表中找到需要的元素。

（需要注意Jdk 1.8中对HashMap的实现做了优化,当链表中的节点数据超过八个之后,该链表会转为红黑树来提高查询效率,从原来的O(n)到O(logn)）

（3）为什么jdk8后插到链表尾？

HashMap在jdk1.7中采用头插入法，在扩容时会改变链表中元素原本的顺序，以至于在并发场景下导致链表成环的问题。而在jdk1.8中采用尾插入法，在扩容时会保持链表元素原本的顺序，就不会出现链表成环的问题了

（4）HashMap的resize（rehash）

当HashMap中的元素越来越多的时候，hash冲突的几率也就越来越高，因为数组的长度是固定的。所以为了提高查询的效率，就要对HashMap的数组进行扩容，数组扩容这个操作也会出现在ArrayList中，这是一个常用的操作，而在HashMap数组扩容之后，最消耗性能的点就出现了：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。

那么HashMap什么时候进行扩容呢？当HashMap中的元素个数超过数组大小loadFactor时，就会进行数组扩容，loadFactor的默认值为0.75，这是一个折中的取值。也就是说，默认情况下，数组大小为16，那么当HashMap中元素个数超过160.75=12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，而这是一个非常消耗性能的操作，所以如果我们已经预知HashMap中元素的个数，那么预设元素的个数能够有效的提高HashMap的性能。

（5）HashMap的性能参数

HashMap()：构建一个初始容量为 16，负载因子为 0.75 HashMap。扩容为原来的2倍

（6）Fail-Fast机制

java.util.HashMap不是线程安全的，因此如果在使用迭代器的过程中有其他线程修改了map，那么将抛出ConcurrentModificationException，这就是所谓fail-fast策略。

这一策略在源码中的实现是通过modCount域，modCount顾名思义就是修改次数，对HashMap内容的修改都将增加这个值，那么在迭代器初始化过程中会将这个值赋给迭代器的expectedModCount。

在迭代过程中，判断modCount跟expectedModCount是否相等，如果不相等就表示已经有其他线程修改了Map (注意到modCount声明为volatile，保证线程之间修改的可见性)

 Iterator<Map.Entry<String, String>> it = map.entrySet().iterator();
 while (it.hasNext()) {
  Map.Entry<String, String> entry = it.next();
  System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue());
 }

2.LinkedHashMap

（1）基本信息

HashMap有一个问题，迭代hashmap并不是有序的。所以出现了LinkedHashMap，它集成了Hashmap，是有序的

（2）实现原理

它重新定义了数组中保存的元素Entry，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，从而在哈希表的基础上又构成了双向链接列表

3.TreeMap

TreeMap集合是基于红黑树（Red-Black tree）的 NavigableMap实现。该集合最重要的特点就是可排序，该映射根据其键的自然顺序进行排序

4.HashMap和Hashtable对比

（1）Hashtable基于Dictionary类，Hashmap基于AbstractMap类

（2）HashMap不是线程安全的；HashTable是线程安全的，其线程安全是通过Sychronized实现。由于上述原因，HashMap效率高于HashTable

5.hashmap为什么不是线程安全？

HashMap的get操作可能因为resize而引起死循环（cpu100%）

6.concurrenthashmap？

Hashtable容器使用synchronized来保证线程安全，这样每一时刻只能有一条线程访问集合，效率非常低

jdk1.7 concurrenthashmap采用分段锁，将数据分成一段一段存储，每一段数据使用一把锁（segment分段锁）存储。所以修改某一数据时只需要获得该段的segement锁，其它段的数据仍然能正常的读写

JDK1.8的实现已经摒弃了Segment的概念，而是直接用数组+链表+红黑树的数据结构来实现，并发控制使用Synchronized和CAS来操作，整个看起来就像是优化过且线程安全的HashMap，虽然在JDK1.8中还能看到Segment的数据结构，但是已经简化了属性，只是为了兼容旧版本