JAVA中的集合知识点

JAVA中的集合主要又Collection和Map两个接口组成。其中Collection包括Set、List、Queue三个实现类，而Map接口包含TreeMap、HashMap、HashTable等实现类。下面是主要介绍。

1、Collection接口

1.1 Set接口

1. SetTreeSet：基于红⿊树实现，⽀持有序性操作，例如：根据⼀个范围查找元素的操作。但是查找效率不如 HashSet，HashSet 查找的时间复杂度为 O(1)，TreeSet 则为 O(logN)。

2. HashSet：基于哈希表实现，⽀持快速查找，但不⽀持有序性操作。并且失去了元素的插⼊顺序信息，也就是 说使⽤ Iterator 遍历 HashSet 得到的结果是不确定的。

3. LinkedHashSet：具有 HashSet 的查找效率，且内部使⽤双向链表维护元素的插⼊顺序。

1.2 List接口

1. ArrayList：基于动态数组实现，⽀持随机访问。

2. Vector：和 ArrayList 类似，但它是线程安全的。

3. LinkedList：基于双向链表实现，只能顺序访问，但是可以快速地在链表中间插⼊和删除元素。不仅如此， LinkedList 还可以⽤作栈、队列和双向队列。

1.3 Queue接口

1. LinkedList：可以⽤它来实现双向队列。

2. PriorityQueue：基于堆结构实现，可以⽤它来实现优先队列。

2、Map接口

1. TreeMap：基于红⿊树实现。

2. HashMap：基于哈希表实现。

3. HashTable：和 HashMap 类似，但它是线程安全的，这意味着同⼀时刻多个线程可以同时写⼊ HashTable 并且不会导致数据不⼀致。它是遗留类，不应该去使⽤它。现在可以使⽤ ConcurrentHashMap 来⽀持线程安全，并且 ConcurrentHashMap 的效率会更⾼，因为 ConcurrentHashMap 引⼊了分段锁。

4. LinkedHashMap：使⽤双向链表来维护元素的顺序，顺序为插⼊顺序或者最近最少使⽤（LRU）顺序

3、关于JAVA集合的知识点

3.1、ArrayList的扩容机制

在具体实现中，ArrayList的扩容机制如下所示：

1、当向ArrayList中添加元素时，首先会检查ArrayList的当前大小（也就是它内部的数组大小）是否能够容纳新的元素。如果可以，那么新元素就直接被添加到ArrayList中。
2、如果ArrayList的当前大小不足以容纳新的元素，那么ArrayList就需要进行扩容操作。在扩容操作中，ArrayList会创建一个新的数组，新数组的大小是原数组大小的1.5倍（也就是原数组大小+原数组大小的一半）。这个1.5倍的值是在JDK的源码中定义的。
3、然后，ArrayList会使用System.arraycopy方法，将原有数组中的所有元素复制到新的数组中。
4、最后，新的数组会替代原有的数组，成为ArrayList的内部数组。
这个扩容机制的优点是，能够让ArrayList动态地适应数据量的变化，使得我们在使用ArrayList时，不需要关心容量问题。但是，扩容操作会消耗一定的性能，因为需要创建新的数组，并复制原有的元素。所以，如果你在创建ArrayList时，已经大致知道最终的数据量，那么可以在创建ArrayList时，指定一个接近最终数据量的初始容量，以减少扩容操作的次数，提高性能。对于ArrayList的无参构造，在添加第一个元素后，ArrayList的容量为10，然后正常扩容。

3.2、HashMap的扩容机制

一般情况下，当元素数量超过阈值时便会触发扩容。每次扩容的容量都是之前容量的2倍。

HashMap的容量是有上限的，必须小于1<<30，即1073741824。如果容量超出了这个数，则不再增长，且阈值会被设置为Integer.MAX_VALUE（ 2^31-1，即永远不会超出阈值了）。

HashMap的容量变化通常存在以下几种情况：

1、空参数的构造函数：实例化的HashMap默认内部数组是null，即没有实例化。第一次调用put方法时，则会开始第一次初始化扩容，长度为16。
2、有参构造函数：用于指定容量。会根据指定的正整数找到不小于指定容量的2的幂数，将这个数设置赋值给阈值（threshold）。第一次调用put方法时，会将阈值赋值给容量，然后让 
阈值=容量*负载因子。（因此并不是我们手动指定了容量就一定不会触发扩容，超过阈值后一样会扩容！！）
3、如果不是第一次扩容，则容量变为原来的2倍，阈值也变为原来的2倍。（容量和阈值都变为原来的2倍时，负载因子还是不变）

4、HashMap的底层是数组+链表+红黑树，当数组的某一索引位置上的元素以链表存在的数据个数大于8，且当前数组的长度大于64时，此时索引位置上的所有数据改为红黑树的方式存储。
此外还有几个细节需要注意：

首次put时，先会触发扩容（算是初始化），然后存入数据，然后判断是否需要扩容；
不是首次put，则不再初始化，直接存入数据，然后判断是否需要扩容；

3.3 HashSet的原理

HashSet 的实现是依赖于 HashMap 的，HashSet 的值都是存储在 HashMap 中的。在 HashSet 的构造法中会初 始化⼀个 HashMap 对象，HashSet 不允许值᯿复。因此，HashSet 的值是作为 HashMap 的 key 存储在 HashMap 中的，当存储的值已经存在时返回 false。HashSet的底层为数组+链表。

HashSet在于添加的元素不是按照顺序排列的，而是按照添加的元素的哈希值添加的，所以不支持有序操作。

对于HashSet添加的元素，必须重写hashCode方法和equals()方法，保证元素不能重复。

对于HashSet添加元素的过程主要有接下来几步。

（1）向HashSet中添加元素时，先计算元素的哈希值。

（2）判断哈希值对应的位置有没有元素，没有元素直接添加

（3）如果有元素，使用equals()方法判断是否相等，如果不相等就添加。