java集合体系结构总结

好，首先我们根据这张集合体系图来慢慢分析。大到顶层接口，小到具体实现类。

首先，我想说为什么要用集合？简单的说：数组长度固定，且是同种数据类型。不能满足需求。所以我们引入集合(容器)来存储任意数据类型的可变大小的数据。

来了解下数组：

数组有静态、动态之分。但是其长度都是固定的，并且其内部只能存储同一种数据类型的数据。除非是Object类型的数组，它可以存储任意类型的数据。

数组的存储方式？数据存储结构分为顺序存储、链接存储、索引存储、散列存储。
数组是基于顺序存储方式。数组就是在内存中开辟一块连续的、大小相同的空间，用来存储数据。
数组查询速度快：因为基于索引查询。但是增删慢。为什么增删慢呢？因为数组的元素是连续的(索引是连续的)。如果要增删元素时，会发生索引位置的移动，且是重新创建了一个新数组。所以增删慢。

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java集合体系结构中主要按两种接口分类：

1.Collection
2. Map

//查看jdk1.8源码

首先分析Collection，它是一个接口，同时它继承了顶级Iterable接口，为什么要继承这个接口呢？主要是使用接口中特有
方法，可以通过iterator迭代器遍历整个集合。在jdk1.8中，Iterable接口中有forEach方法、spliterator()方法。

同时，List接口继承了Collection接口.List是存取有序可重复且有索引的，同时允许元素为null。这里所说的有序是元素的存取顺序。而Set是无序不可重复无索引。但是Set的无序我们一般是指HashSet，因为它不能保证元素的存取顺序和自然排序。而LinkedHashSet:保证元素的添加顺序。TreeSet：保证元素的自然排序。可能知道的人很容易理解，不知道的人不理解就很难记忆。通过代码，也可以清楚看到是否有序，是否重复的特性。由于篇幅，演示代码省略。接下来我们逐一分析接口下的实现类都有什么特性？

List接口下的实现类

ArrayList：底层是使用了Object数组实现的，查询速度快，增删慢。非同步的(线程不安全类)，因此效率高。数组默认容量是10，当长度不够时自动增长0.5倍，也就是原数组的1.5倍。

使用场景：频繁查询时，增删较少时。

LinkedList:底层结构是双向链表，不需要在内存中开辟一段连续的内存空间。而是每个元素有一个下一元素地址]这样的内存结构。增加时只需要改变两个节点之间的引用关系即可。来组成一个新的节点。删除时只要删除两个节点的引用即可。而查询时，必须从头部开始查询。所以效率慢。查询慢，增删快。同时它是非同步的(线程不安全类)。https://blog.csdn.net/qq_35120695/article/details/56573865

Vector: 底层也是基于动态数组实现。线程安全类，但是效率低，基本不使用。

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Set接口下的实现类

HashSet:底层数据结构是哈希表，而jdk1.8中哈希表底层采用数组+链表+红黑树。其实现set接口，底层使用HashMap来保存所有元素。特点：无序不可重复。线程不安全。其是如何保证去重原理的呢？

从源码中我们可以看出：
它的add()方法实际上调用的是HashMap中的put()方法，把要添加进HashSet中的元素当做key存入，而value则是一个固定值：一个Object类对象。
先用hashCode()方法获得传入元素的哈希值，在集合中查找是否包含哈希值相同的元素，如果相同，则继续进行比较它们地址值，一般地址值都是不相同的，所以最后会用equals()方法比较对象内的属性值。
比较结果全为false就存入，如果比较结果有true则不存。

TreeSet:底层使用TreeMap来进行存储，而TreeMap底层基于红黑树数据结构，规则是左小右大。有序不可重复。有序指对元素进行自然排序。同时支持定制排序。线程不安全类。

红黑树规则补充：

红黑树：也可以叫二叉树
规则：左节点小于等于父节点，右节点大于父节点。
为了保证树的左右平衡，红黑树采用节点标色的方式，将节点标记为红色或黑色。根节点(没有父节点)为黑色。
每个叶子节点都是null值且是黑色。
如果一个节点为红色，则它的子节点必须是黑色
新插入节点的颜色为红色
左旋，右旋、颜色反转操作保持树平衡

jdk1.8中加入红黑树目的就是解决链表的查询效率低的问题。

HashMap默认容量是16,源码显示1<<4，就是1向左移动4为，即为16.
当链表长度>8时，则将链表转为红黑树。
当红黑树内数量<6时，将红黑树转为链表

TreeSet注意事项：
1、往TreeSet添加元素的时候，如果元素本身具备了自然顺序的特性，那么就按照元素本身的自然顺序特性进行存储；
2、如果元素本身不具备自然 顺序的特性，那么该元素所属的类必须要实现Comparable接口，并重写compareTo()
方法，把元素的比较规则定义在compareTo()方法上；
3、如果比较元素的时候，compareTo()方法返回的是0，那么该元素就被视为重复元素，不允许添加；

LinkedHashSet:底层是哈希表和链表。其继承了HashSet，实现set接口。

由链表保证元素的有序(存取顺序)。由哈希表保证元素的唯一(不重复)。内部是通过 LinkedHashMap 来实现的。

Map接口下的实现类

HashMap:首先看源码分析，它继承了AbstractMap类，基于哈希表的Map接口实现。是以key-value存储形式。主要用来存放键值对。它是非同步(线程不安全)的。它的key-value都可以为null，且映射是无序的。

　　jdk1.8之前，HashMap由数组+链表组成。数组是主体，链表则是主要为了解决哈希冲突(两个对象通过hashcode方法计算的哈希码值一致导致数组索引值相同)而存在的。

　　在jdk1.8之后，当链表长度大于阈值(红黑树的边界值默认为8)并且当前数组长度大于64时，此时所有数据改为采用红黑树存储。

补充：将链表转为红黑树前会进行判断，即使阈值大于8，但是数组长度小于64，此时并不会将链表转为红黑树，而是进行数组扩容。这样做的目的是因为数组长度比较小，尽量避开红黑树结构。因为这种情况下使用红黑树结构反而效率低，因为红黑树需要通过左旋、右旋、变色等操作来保持平衡。同时数组长度小于64时，查询时间更快些。

特点：

• 存取无序
• 键值位置都可以为null,但是键位置只能是一个null且键唯一。
• jdk1.8之前数据结构是数组+链表。jdk1.8之后是：数组+链表+红黑树。
• 当链表长度大于8，并且数组长度大于64时，将链表转为红黑树，目的是提高查询效率

Hashmap的存储过程如下图：

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如果创建集合时，我们用有参构造，指定初始容量不是2的n次幂情况分析

查看底层算法如下：

如果指定初始容量不是2的n次幂，底层会进行一顿右移和或运算。

TreeMap:

通过红黑树实现，默认情况下通过Key值的自然顺序进行排序，也可以通过比较器排序。非线程安全类
https://www.cnblogs.com/LiaHon/p/11221634.html

HashTable:

HashMap可以允许存在一个为null的key和任意个为null的value，但是HashTable中的key和value都不允许为null.而当HashTable遇到null时，他会直接抛出NullPointerException异常信息。

Hashtable的方法是同步(线程安全，效率低)的，而HashMap的方法不是。所以有人一般都建议如果是涉及到多线程同步时采用HashTable，没有涉及就采用HashMap。

HashTable中hash数组默认大小是11，增加的方式是 old*2+1。HashMap中hash数组的默认大小是16，而且一定是2的指数。

https://blog.csdn.net/varyall/article/details/80992123

CurrentHashMap

https://www.cnblogs.com/supertang/p/4149786.html

扩容图示：