java-javaSE-集合类

集合类结构

• 集合类的基本接口是 Collection 和 Map
  • Collection 向下派生出 Set List Queue 等接口
  • Map 向下派生出 HashMap LinkedHashMap TreeMap 等实现类

Collection

• Set代表无序的，元素不可重复的集合；
• List代表有序的，元素可以重复的集合；
• Queue代表先进先出（FIFO）的队列。

List 和 Set 的区别

• 有序性
  • List 集合中存储的元素是有序的。集合中的元素按照存储的先后顺序排序。
  • Set 集合中存储的元素是无序的。
• 可重复性
  • List 集合中可以存储重复元素，同样允许多个NULL值的存在。
  • Set 集合不能存储重复元素，只能存在一个NULL值。
• 迭代方式
  • List 集合可以使用迭代器遍历，也可以通过索引进行查询和遍历
  • Set 集合只能使用迭代器获取和遍历集合中的元素

ArrayList 和 LinkedList 的区别

• 实现结构
  • ArrayList 是基于数组结构实现的，因此是使用连续的存储空间进行数据存储。
  • LinkedList 是基于链表结构实现的，因此存储数据可以分散在内存空间中。
• 查询效率
  • ArrayList 是数组实现，可以直接通过下标查询到目标数据，因此时间复杂度为O(1)
  • LinkedList 是链表实现，需要通过遍历链表中的节点查找目标数据，因此时间复杂度为O(n)

Map

HashMap 源码分析

存储结构

• JDK1.7 中的 HashMap，是基于数组+链表来实现的，它的底层维护一个Entry数组，数组中的每个元素都是一个链表头节点。
  • 当出现哈希冲突时，新插入的元素会被添加到数组索引所在链表上（插入头部）。
  • 存在的问题是，当哈希冲突严重时，链表的长度过长，导致查询的效率下降。
  • 注意，JDK1.7 在多线程环境下可能出现链表成环的问题
• JDK1.8 中的 HashMap，是基于数组+链表+红黑树来实现的，它的底层维护一个Node数组。
  • 在1.8中引入红黑树结构，目的是解决哈希冲突严重时查询效率低的问题，链表为O(N)，而红黑树一直是O(logN)。
  • 当数组的长度大于64，同时链表的节点个数大于等于8的时候，链表会转为红黑树
  • 当链表的节点数低于6时会将红黑树转回链表
  • 注意在 JDK1.8 中插入数据是尾插法

添加元素流程

• 计算索引
  • 计算对象(key)的哈希值，根据哈希值计算索引位置，计算方法为取余 hash % n = (n-1) & h
• 插入数据
  • 若数组在该索引位置为空，则创建一个节点将该数据存入索引位置；
  • 若数组在该索引位置不为空，则遍历该索引位置对应的链表，调用 equals() 方法判断是否存在；
    • 若发现重复元素，则覆盖重复数据；
    • 若没有重复元素，则在链表尾部插入数据；
    • 注意，当链表长度达到8时，若数组长度不足64，则会先触发扩容机制，否则会将链表转化为红黑树

扩容机制

• 扩容触发条件
  • 数组是否需要扩充是通过负载因子判断的，负载因子默认值为0.75，如果数组已用空间达到0.75时会触发自动扩容。
  • JDK1.8 当链表长度达到8时，也会先触发扩容机制。
• 扩容方式
  • 默认情况下，初始化的数组长度为16，每次以2的整数次扩容。
  • 使用2的整数次扩容的目的是使用位运算代理与运算，提高哈希计算索引的效率，当n是2的整数次方时， hash % n = (n-1) & h

HashMap 和 HashTable 区别

• 线程安全性
  • HashMap 是线程不安全的。
  • HashTable 是线程安全的，通过在 HashMap 方法的基础上添加 synchronized 关键字来保证线程安全。
• 空值问题
  • HashMap 的 key 可以是 null，而 HashTable 的 key 不允许是 null。
• 扩容算法不同
  • HashMap 的初始容量为16，扩容时 *2
  • HashTable 的初始容量是11，扩容时 *2 + 1