Java集合详解-优快云博客

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- 二、Java集合

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二、Java集合

Java中的集合，从上层接口看分为两类，Map和Collection，而Collection又分为Set和List

2.1 Java中常见的集合

Map接口和Collection接口是所有集合框架的父接口
Collection接口的子接口包括：Set接口和List接口
Map接口的实现类主要有：HashMap、TreeMap、Hashtable、LinkedHashMap、ConcurrentHashMap以及Properties等
Set接口的实现类主要有：HashSet、TreeSet、LinkedHashSet等
List接口的实现类主要有：ArrayList、LinkedList、Stack以及Vector等

2.2 HashMap有了解吗？

HashMap底层数据结构为数组+链表。JDK8及其以后的版本是数组+链表+红黑树实现，红黑树解决了链表太长导致查询速度变慢的问题。
HashMap初始容量为16，加载因子为0.75，扩增容量为原容量的2倍。
HashMap储存和获取原理: HashMap的put方法传递键和值来存储时，先对键调用hashCode()方法，返回的hashCode用于找到bucket位置来存储Entry对象。也就是找到了该元素应该被存储的桶（数组）中，当hashCode相同时，bucket位置发生了冲突，也就是hash冲突，这个时候bucket后边接上一个链表（红黑树）来解决。当调用get方法获取键的值时，会先根据键的hashcode找到相应的bucket，再根据equals方法在链表和红黑树中找到对应的值。
HashMap扩容步骤：当触发加载因子0.75时，将会创建原来HashMap大小的两倍的bucket，并将原来的对象放入新的bucket数组中。这个过程叫rehashing，因为再次调用hashcode方法找到在新的bucket中的位置。

延伸1. JDK8中做了扩容优化，省去了重新计算hash值的时间。

延伸2. HashMap链表超过8转换为红黑树，CurrentHashMap为6

2.3 HashMap和Hashtable的区别有哪些？

HashMap没有考虑同步，是线程不安全的；HashTable 使用了synchronized关键字，是线程安全的。
HashMap允许null作为key，HashTable不允许null作为key，同时HashTable的value也不能为空。
HashTable的默认初始容量是11，扩容是2n+1；HashMap的默认初始容量是16，扩容是2*n

延伸1. HashMap为什么不是线程安全的？
原因有二，①HashMap线程不安全主要是考虑到多线程环境下进行扩容可能会出现HashMap死循环。②HashTable线程安全的原因是其内部在put和remove等方法上做了synchronized处理，所以对单个方法的使用是线程安全的。但是多个方法进行复合操作，线程安全性也是无法保证的。

2.4 解决Hash冲突的方法有哪些？

拉链法（现阶段HashMap使用）
线性探测再散列法
二次探测再散列法
伪随机探测再散列法

2.5 ConcurrentHashMap

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答： ConcurrentHashMap结合了HashMap和Hashtable二者的优势。HashMap没有考虑同步，

Java7中 ConcruuentHashMap 使用的分段锁，也就是每一个 Segment 上同时只有一个线程可以操作，每一个 Segment 都是一个类似 HashMap 数组的结构，它可以扩容，它的冲突会转化为链表。但是 Segment 的个数一但初始化就不能改变。其分段锁实现方式为内部实现了MapEntry和Segment，前者用存储键和值，后者实现了可重入的锁ReentrantLock守护每一个键值，当对HashEntry数组的数据进行修改时，必须首先获得对应的Segment锁。

Java8 中的 ConcruuentHashMap 使用的 Synchronized 锁加 CAS 的机制。结构也由 Java7 中的 Segment 数组 + HashEntry 数组 + 链表进化成了Node 数组 + 链表 / 红黑树，Node 是类似于一个 HashEntry 的结构。它的冲突再达到一定大小时会转化成红黑树，在冲突小于一定数量时又退回链表。

延伸1. 在实际的开发中，我们在单线程环境下可以使用HashMap，多线程环境下可以使用ConcurrentHashMap，至于Hashtable在每次同步执行时都要锁住整个结构。已经不被推荐使用了。

2.6 TreeMap有哪些特性？

答：TreeMap底层使用红黑树实现，TreeMap中存储的键值对按照键来排序。

如果key存入的是字符串等类型，按照字典顺序。
如果key为自定义引用类型，比如说User、Person之类，那么该对象必须实现Comparable接口，并覆盖compareTo方法；或者在创建TreeMap的时候，我们指定使用的比较器。两种方法如下所示

// 方式一：定义该类的时候，就指定比较规则
class Person implements Comparable{
    @Override
    public int compareTo(Object o) {
        // 在这里边定义其比较规则
        return 0;
    }
}
// 方式二：创建TreeMap的时候，可以指定比较规则
new TreeMap<Person, Integer>(new Comparator<Person>() {
    @Override
    public int compare(Person p1, Person p2) {
        // 在这里边定义其比较规则
        return 0;
    }
});

2.7 ArrayList 和LinkedList有哪些区别？

ArrayList 底层由动态数组实现，实质上是一个动态数组；
LinkedList 底层由双向链表实现，可当作链表、队列、双端队列使用。
ArrayList 在随机存取方面效率高于LinkedList；
LinkedList 在增删方面效率高于ArrayList。
ArrayList 会预留一部分空间，当空间不足时会进行扩容；
LInkedList 的开销是必须存储节点的信息以及节点的指针信息。

延伸1. 还有一个集合Vector，它是线程安全的ArrayList的，但现在已经弃用了，多线程下推荐使用CopyOnWriteArrayList替代ArrayList来保证线程安全。

2.8 HashSet和TreeSet有哪些不同？

HashSet底层使用Hash表实现：保证元素的唯一性，先判断hashcode，再equals；
TreeSet底层使用红黑树实现：保证元素唯一性通过实现Compator或者实现Comparable接口。

延伸1. HashSet的add方法底层使用HashMap的put方法将key=e，value=PRESENT构建成key-value键值对，当此e存在于HashMap的key中，则value将会覆盖原有value，但是key保持不变，所以如果将一个已经存在的e元素添加中HashSet中，新添加的元素是不会保存到HashMap中，所以这就满足了HashSet中元素不会重复的特性。

延伸2. HashSet的contains方法使用HashMap得containsKey方法实现

2.9 List和Set的区别？

List是有序的并且元素是可以重复的
Set是无序（LinkedHashSet除外）的，并且元素是不可以重复的
（此处的有序和无序是指放入顺序和取出顺序是否保持一致）

2.10 Iterator和ListIterator的区别是什么？

Iterator可以遍历list和set集合；ListIterator只能用来遍历list集合
Iterator前者只能前向遍历集合；ListIterator可以前向和后向遍历集合
ListIterator其实就是实现了前者，并且增加了一些新的功能。

2.11 Collection和Collections有什么关系？

答：Collection是一个顶层集合接口，其子接口包括List和Set；而Collections是一个集合工具类，可以操作集合，比如说排序，二分查找，拷贝集合，寻找最大最小值等。总而言之：带s的大都是工具类。

2.13 LinkedHashMap和LinkedHashSet有了解吗？

答：LinkedHashMap可以记录下元素的插入顺序和访问顺序，具体实现如下：

LinkedHashMap内部的Entry继承于HashMap.Node，这两个类都实现了Map.Entry<K,V>
LinkedHashMap的Entry不光有value，next，还有before和after属性，这样通过一个双向链表，保证了各个元素的插入顺序。
通过构造方法public LinkedHashMap(int initalCapacity, float loadFactor, boolean accessOrder)，accessOrder传入true可以实现LRU缓存算法（访问顺序）
LinkedHashSet底层使用LinkedHashMap实现，两者的关系类似与HashMap与HashSet的关系。

扩展1. 什么是LRU算法？
LRU（Least recently used，最近最少使用）算法根据数据的历史访问记录来进行淘汰数据，其核心思想是“如果数据最近被访问过，那么将来被访问的几率也更高”。

扩展2. LinkedHashMap如何实现LRU算法？
由于LinkedHashMap可以记录下Map中元素的访问顺序，所以可以轻易的实现LRU算法。只需要将构造方法的accessOrder传入true，并且重写removeEldestEntry方法即可。具体实现参考如下：

import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.Map;

public class LRUTest {

    private static int size = 5;

    public static void main(String[] args) {
        Map<String, String> map = new LinkedHashMap<String, String>(size, 0.75f, true) {
            @Override
            protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<String, String> eldest) {
                return size() > size;
            }
        };
        map.put("1", "1");
        map.put("2", "2");
        map.put("3", "3");
        map.put("4", "4");
        map.put("5", "5");
        System.out.println(map.toString());

        map.put("6", "6");
        System.out.println(map.toString());
        map.get("3");
        System.out.println(map.toString());
        map.put("7", "7");
        System.out.println(map.toString());
        map.get("5");
        System.out.println(map.toString());
    }
}
/*打印结果*/
{1=1, 2=2, 3=3, 4=4, 5=5}
{2=2, 3=3, 4=4, 5=5, 6=6}
{2=2, 4=4, 5=5, 6=6, 3=3}
{4=4, 5=5, 6=6, 3=3, 7=7}
{4=4, 6=6, 3=3, 7=7, 5=5}