集合容器知识点总结

集合概述

集合和数组的区别：

1.数组的效率高于集合类.

2.数组能存放基本数据类型和对象（但是类型必须一致），而集合类中只能放对象（但类型可以不一致）。

3.数组容量固定且无法动态改变，集合类容量动态改变。

4.数组无法判断其中实际存有多少元素，length只告诉了array的容量。

5.集合有多种实现方式和不同的适用场合，而不像数组仅采用顺序表方式。

6.集合以类的形式存在，具有封装、继承、多态等类的特性，通过简单的方法和属性调用即可实现各种复杂操作，大大提高软件的开发效率。（体现在成员方法）

List接口

List集合类中元素有序、且可重复，集合中的每个元素都有其对应的顺序索引。List集合默认按照元素的添加顺序设置元素的索引，可以通过索引（类似数组的下标）来访问指定位置的集合元素。

List接口的实现类主要有：ArrayList、LinkedList和Vector。

ArrayList

• 内部数据存储的结构是数组，查询速度快、增删元素慢

ArrayList是一个动态数组，允许任何符合规则的元素插入包括null。

ArrayList的JDK1.8之前与之后的实现区别：

JDK1.7：直接创建一个初始容量为10的数组

JDK1.8：一开始先创建一个长度为0的数组，当添加第一个元素时再创建一个初始容量为10的数组

LinkedList

• 内部数据存储的结构是双向链表，查询速度慢、增删元素快。

LinkedList除了可以根据索引访问集合元素外，还实现了Deque接口。

Vector

Vector大多数操作与ArrayList相同，区别之处在于Vector是线程安全的。

Set接口

Set集合不可重复、无序。

Set集合判断两个对象是否相同是根据 equals() 方法。

Set接口的实现类主要有：HashSet、LinkedHashSet和TreeSet。

HashSet

• 底层的实现是HashMap，所以内部数据存储的结构是哈希表、非线程安全、集合元素可以是null

HashSet按Hash算法来存储集合中的元素，因此具有很好的存取、查找、删除性能。保证元素唯一性的方式依赖于：hashCode与equals方法。

HashMap的存储结构

JDK8之前版本：

JDK8之前HashMap的存储结构是数组+链表结构(即为链地址法) ，当实例化一个HashMap时，系统会创建一个长度为Capacity的Entry数组，这个长度在哈希表中被称为容量 (Capacity)，在这个数组中可以存放元素的位置我们称之“桶”（bucket），每个桶都有自己的索引，系统可以根据索引快速的查找桶中的元素。

每个桶中存储一个元素，即一个Entry对象，但每一个Entry对象可以带一个引用变量，用于指向下一个元素，因此，在一个桶中，就有可能生成一个Entry链。 而且新添加的元素作为链表的head。

JDK8之后版本：

JDK8之后HashMap的存储结构是数组+链表+红黑树实现。当实例化一个HashMap时，会初始化initialCapacity和loadFactor，在put第一对映射关系时，系统会创建一个长度为initialCapacity的Node数组，这个长度在哈希表中被称为容量(Capacity)，在这个数组中可以存放元素的位置我们称之为 “桶”(bucket)，每个桶都有自己的索引，系统可以根据索引快速的查找桶中的元素。

每个桶中存储一个元素，即一个Node对象，但每一个Node对象可以带一个引用变量next，用于指向下一个元素，因此，在一个桶中，就有可能生成一个Node链。也可能是一个一个TreeNode对象，每一个TreeNode对象可以有两个叶子结点left和right，因此，在一个桶中，就有可能生成一个TreeNode树。而新添加的元素作为链表的last，或树的叶子结点。

HashSet存储自定义类型

给HashSet中存放自定义类型元素时，需要重写对象中的hashCode和equals方法，建立自己的比较方式，才能保证HashSet集合中的对象唯一

为什么要重写hashCode和equals方法？

建立自己的比较方式，保证集合中对象的唯一性。Object类定义的equals方法比较的是对象的地址，hashCode是根据这个地址算出来的一个整数。所以把自己定义的对象存入集合中，判断它是否重复就不能直接用继承过来的equals了，就需要自己重写了。

重写hashCode() 方法的基本原则

在程序运行时，同一个对象多次调用 hashCode() 方法应该返回相同的值

当两个对象通过equals()方法比较返回true时，这两个对象的hashCode()方法的返回值应该相等。

对象中用作equals()方法比较的实例变量，都应该用来计算hashCode值。

HashSet添加元素的原理如下：

先调hashCode()方法去找，没找到就存在该位置，找到有该hashCode再调equlas方法，equlas结果为true则添加失败，equlas结果为false则通过链表的方式继续链接存储。

（注意：如果两个元素equals() 后是true，但它们的 hashCode() 返回值不相等，hashSet将会把它们存储在不同的位置，但依然可以添加成功。因为是先调的hashCode()方法，这个时候的equlas()能返回true是因为重写了equlas）

LinkedHashSet

• HashSet的子类，所以内部数据存储的结构是哈希表+链表、非线程安全、有序，所以性能低于HashSet

LinkedHashSet也是根据元素的hashCode值来决定元素的存储位置。但它同时使用双向链表维护元素的次序，元素的顺序与添加顺序一致。

由于LinkedHashSet需要维护元素的插入顺序，因此性能略低于HashSet，但在迭代访问Set里的全部元素时有很好的性能。

TreeSet

• 底层实现是TreeMap、数据存储的结构是红黑树、非线程安全、有序、两种排序方法：自然排序和定制排序。默认情况下采用自然排序

自然排序：

TreeSet会调用集合元素的compareTo(Object obj) 方法来比较元素之间的大小关系，然后将集合元素按升序(默认情况)排列。

如果试图把一个对象添加到TreeSet时，则该对象的类必须实现Comparable接口。

实现Comparable的类必须实现compareTo(Object obj) 方法，两个对象即通过compareTo(Object obj) 方法的返回值来比 较大小。

Comparable的一些典型实现类：

• BigDecimal、BigInteger 以及所有的数值型对应的包装类：按它们对应的数值大小进行比较
• Character：按字符的 unicode值来进行比较
• Boolean：true 对应的包装类实例大于 false 对应的包装类实例
• String：按字符串中字符的 unicode 值进行比较
• Date、Time：后边的时间、日期比前面的时间、日期大

因为只有相同类的两个实例才会比较大小，所以向TreeSet中添加的应该是同一个类的对象。

对于TreeSet 集合而言，它判断两个对象是否相等的唯一标准是：两个对象通过compareTo(Object obj) 方法比较返回值。

当需要把一个对象放入TreeSet 中，重写该对象对应的equals() 方法时，应保证该方法与compareTo(Object obj) 方法有一致的结果。

对于TreeSet集合而言，它判断两个对象是否相等的标准是：两个对象通过compareTo(Object obj)方法比较是否返回0，如果返回0则相等。

定制排序

TreeSet的自然排序要求元素所属的类实现Comparable接口，如果元素所属的类没有实现Comparable接口，或不希望按照升序(默认情况)的方式排列元素，希望按照其它属性大小进行排序，则考虑使用定制排序。定制排序，通过Comparator接口来实现。需要重写compare(T o1,T o2)方法。

利用int compare(T o1,T o2)方法，比较o1和o2的大小：如果方法返回正整数，则表示o1大于o2。

要实现定制排序，需要将实现Comparator接口的实例作为形参传递给TreeSet的构造器。

使用定制排序判断两个元素相等的标准是：通过Comparator比较两个元素返回了0。

Map接口

Map与Collection并列存在。用于保存具有映射关系的数据:key-value，Map中的key用Set来存放，不允许重复，即同一个Map对象所对应的类，须重写hashCode()和equals()方法。

Map接口的实现类主要有：HashMap、LinkedHashMap、TreeMap和HashTable。

HashMap

• 数据存储的结构是哈希表、非线程安全、无序、键唯一、值可重复、键和值可为null

所有的key构成的集合是Set：无序的、不可重复的。所以，key所在的类要重写：equals()和hashCode()

所有的value构成的集合是Collection：无序的、可以重复的。所以，value所在的类要重写：equals()

HashMap判断两个key相等的标准是：两个key通过equals() 方法返回true， hashCode值也相等。

HashMap源码中的重要常量

DEFAULT_INITIAL_CAPACITY: HashMap的默认容量，16

MAXIMUM_CAPACITY： HashMap的最大支持容量，2^30

TREEIFY_THRESHOLD：桶（Bucket）中链表长度大于该默认值，转化为红黑树。

UNTREEIFY_THRESHOLD：桶中红黑树存储的Node小于该默认值，转化为链表

table：存储元素的数组，总是2的n次幂

entrySet：存储具体元素的集

size：HashMap中存储的键值对的数量

modCount：HashMap扩容和结构改变的次数。

HashMap的存储结构

JDK8之前版本：

JDK8之前HashMap的存储结构是数组+链表结构(即为链地址法) ，当实例化一个HashMap时，系统会创建一个长度为Capacity的Entry数组，这个长度在哈希表中被称为容量 (Capacity)，在这个数组中可以存放元素的位置我们称之“桶”（bucket），每个桶都有自己的索引，系统可以根据索引快速的查找桶中的元素。

每个桶中存储一个元素，即一个Entry对象，但每一个Entry对象可以带一个引用变量，用于指向下一个元素，因此，在一个桶中，就有可能生成一个Entry链。 而且新添加的元素作为链表的head。

JDK8之后版本：

JDK8之后HashMap的存储结构是数组+链表+红黑树实现。当实例化一个HashMap时，会初始化initialCapacity和loadFactor，在put第一对映射关系时，系统会创建一个长度为initialCapacity的Node数组，这个长度在哈希表中被称为容量(Capacity)，在这个数组中可以存放元素的位置我们称之为 “桶”(bucket)，每个桶都有自己的索引，系统可以根据索引快速的查找桶中的元素。

每个桶中存储一个元素，即一个Node对象，但每一个Node对象可以带一个引用变量next，用于指向下一个元素，因此，在一个桶中，就有可能生成一个Node链。也可能是一个一个TreeNode对象，每一个TreeNode对象可以有两个叶子结点left和right，因此，在一个桶中，就有可能生成一个TreeNode树。而新添加的元素作为链表的last，或树的叶子结点。

HashMap存储自定义键值

给HashMap中存放自定义键值时，需要重写对象中的hashCode和equals方法，建立自己的比较方式，才能保证HashSet集合中的对象唯一

重写hashcode方法和equals方法确保key唯一，不重复

为什么要重写hashCode和equals方法？

建立自己的比较方式，保证集合中对象的唯一性。Object类定义的equals方法比较的是对象的地址，hashCode是根据这个地址算出来的一个整数。所以把自己定义的对象存入集合中，判断它是否重复就不能直接用继承过来的equals了，就需要自己重写了。

LinkedHashMap

• HashMap的子类，所以内部数据存储的结构是哈希表+链表、非线程安全、有序，所以性能低于HashMap

在HashMap存储结构的基础上，使用了一对双向链表来记录添加元素的顺序。 该链表负责维护Map的迭代顺序，与插入顺序一致，因此性能比HashMap低，但在迭代访问Map里的全部元素时有较好的性能。

TreeMap

• 数据存储的结构是红黑树、非线程安全、有序

TreeMap存储Key-Value对时，需要根据key-value对进行排序。TreeMap可以保证所有的Key-Value对处于有序状态。

TreeMap也有两种排序方式，自然排序和定制排序。

treeMap和HashMap的区别：

1、HashMap：基于hash表实现的；为了优化HashMap的空间使用，可以调优初始容量和负载因子；

​ TreeMap：基于红黑树实现的；TreeMap就没有调优选项，因为红黑树总是处于平衡的状态；

2、HashMap：适用于Map插入，删除，定位元素；

​ TreeMap：适用于按自然顺序或自定义顺序遍历键；

HashTable

• 数据存储的结构是哈希表、线程安全、无序、不允许使用null作为key和value

跟HashMap差不多，区别就是线程安全问题和键值是否可为null。

其他

快速失败和安全失败

一、快速失败（fail—fast）

在用迭代器遍历一个集合对象时，如果遍历过程中对集合对象的内容进行了修改（增加、删除、修改），则会抛出 Concurrent Modification Exception。

原理： 迭代器在遍历时直接访问集合中的内容，并且在遍历过程中使用一个 modCount 变量。集合在被遍历期间如果内容发生变化，就会改变 modCount 的值。每当迭代器使用 hashNext()/next() 遍历下一个元素之前，都会检测 modCount 变量是否为 expectedmodCount 值，是的话就返回遍历；否则抛出异常，终止遍历。

注意： 这里异常的抛出条件是检测到 modCount != expectedmodCount 这个条件。如果集合发生变化时修改 modCount 值刚好又设置为了 expectedmodCount 值，则异常不会抛出。因此，不能依赖于这个异常是否抛出而进行并发操作的编程，这个异常只建议用于检测并发修改的 bug。

场景： java.util 包下的集合类都是快速失败的，不能在多线程下发生并发修改（迭代过程中被修改）。

二、安全失败（fail—safe）

采用安全失败机制的集合容器，在遍历时不是直接在集合内容上访问的，而是先复制原有集合内容，在拷贝的集合上进行遍历。

原理： 由于迭代时是对原集合的拷贝进行遍历，所以在遍历过程中对原集合所作的修改并不能被迭代器检测到，所以不会触发 Concurrent Modification Exception。

缺点： 基于拷贝内容的优点是避免了 Concurrent Modification Exception，但同样地，迭代器并不能访问到修改后的内容，即：迭代器遍历的是开始遍历那一刻拿到的集合拷贝，在遍历期间原集合发生的修改迭代器是不知道的。

场景： java.util.concurrent 包下的容器都是安全失败，可以在多线程下并发使用，并发修改。

参考链接

https://www.cnblogs.com/hgao/p/13389322.html

https://www.cnblogs.com/bubbleboom/p/12694013.html

后续会通过学习继续补充。