Java集合详解：核心接口、工具类与实现剖析-优快云博客

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Java 集合

集合类存放于 Java.util 包中，主要有 3 种：set(集）、list(列表包含 Queue）和 map(映射)。

Colleciton：Collection是集合List、Set、Queue的基本接口。
Map：映射表的基本接口。
Iterator：迭代器，可遍历集合中的元素。

Collection和Collections有什么区别：

Collection是JDK中集合层次结构中的最根本的接口，定义了集合类的基本方法。
Collections是一个包装类。它包含有各种有关集合操作的静态多态方法,不能实例化，集合框架中的工具类。

各集合特点比较：

List：有序集合，元素可重复
Set：不重复集合，LinkedHashSet按照插入排序，SortedSet可排序，HashSet无序
Map：键值对集合，存储键、值和之间的映射；Key无序，唯一；value 不要求有序，允许重复

List：Java 的 List 是非常常用的数据类型。List 是有序的 Collection。Java List 一共三个实现类：分别是 ArrayList、Vector 和 LinkedList。

ArrayList：是最常用的 List 实现类，内部是通过数组实现的，它允许对元素进行快速随机访问。数组的缺点是每个元素之间不能有间隔，当数组大小不满足时需要增加存储能力，就要将已经有数组的数据复制到新的存储空间中。当从ArrayList 的中间位置插入或者删除元素时，需要对数组进行复制、移动、代价比较高。因此，它适合随机查找和遍历，不适合插入和删除。
LinkedList：LinkedList 是用链表结构存储数据的，很适合数据的动态插入和删除，随机访问和遍历速度比较慢。另外，他还提供了 List 接口中没有定义的方法，专门用于操作表头和表尾元素，可以当作堆栈、队列和双向队列使用。
Vector：Vector 与 ArrayList 一样，也是通过数组实现的，不同的是它支持线程的同步，即某一时刻只有一个线程能够写 Vector，避免多线程同时写而引起的不一致性，但实现同步需要很高的花费，因此，访问它比访问 ArrayList 慢。

Set：注重独一无二的性质,该体系集合用于存储无序(存入和取出的顺序不一定相同)元素，值不能重复。对象的相等性本质是对象 hashCode 值（java 是依据对象的内存地址计算出的此序号）判断
的，如果想要让两个不同的对象视为相等的，就必须覆盖 Object 的 hashCode 方法和 equals 方
法。一个三个实现类，分别是HashSet、TreeSet、LinkHashSet。

HashSet：哈希表边存放的是哈希值。HashSet 存储元素的顺序并不是按照存入时的顺序（和 List 显然不同）而是按照哈希值来存的所以取数据也是按照哈希值取得。元素的哈希值是通过元素的hashcode 方法来获取的, HashSet 首先判断两个元素的哈希值，如果哈希值一样，接着会比较equals 方法如果 equls 结果为 true ，HashSet 就视为同一个元素。如果 equals 为 false 就不是同一个元素。哈希值相同 equals 为 false 的元素是怎么存储呢,就是在同样的哈希值下顺延（可以认为哈希值相同的元素放在一个哈希桶中），也就是哈希一样的存一列。
TreeSet：TreeSet()是使用二叉树的原理对新 add()的对象按照指定的顺序排序（升序、降序），每增加一个对象都会进行排序，将对象插入的二叉树指定的位置。Integer 和 String 对象都可以进行默认的 TreeSet 排序，而自定义类的对象是不可以的，自己定义的类必须实现 Comparable 接口，并且覆写相应的 compareTo()函数，才可以正常使用。在覆写 compare()函数时，要返回相应的值才能使 TreeSet 按照一定的规则来排序比较此对象与指定对象的顺序。如果该对象小于、等于或大于指定对象，则分别返回负整数、零或正整数。
LinkHashSet：对于 LinkedHashSet 而言，它继承与 HashSet、又基于 LinkedHashMap 来实现的。LinkedHashSet 底层使用 LinkedHashMap 来保存所有元素，它继承与 HashSet，其所有的方法操作上又与 HashSet 相同，因此 LinkedHashSet 的实现上非常简单，只提供了四个构造方法，并通过传递一个标识参数，调用父类的构造器，底层构造一个 LinkedHashMap 来实现，在相关操作上与父类 HashSet 的操作相同，直接调用父类 HashSet 的方法即可。

Map：实现类分别为HashMap、ConcurrentHashMap、HashTable、TreeMap、LinkHashMap

HashMap：HashMap 根据键的 hashCode 值存储数据，大多数情况下可以直接定位到它的值，因而具有很快的访问速度，但遍历顺序却是不确定的。 HashMap 最多只允许一条记录的键为 null，允许多条记录的值为 null。HashMap 非线程安全，即任一时刻可以有多个线程同时写 HashMap，可能会导致数据的不一致。如果需要满足线程安全，可以用 Collections 的synchronizedMap 方法使HashMap 具有线程安全的能力，或者使用 ConcurrentHashMap。
ConcurrentHashMap：ConcurrentHashMap 和 HashMap 思路是差不多的，但是因为它支持并发操作，所以要复杂一些。整个 ConcurrentHashMap 由一个个 Segment 组成，Segment 代表”部分“或”一段“的意思，所以很多地方都会将其描述为分段锁。注意，行文中，我很多地方用了“槽”来代表一个segment。简单理解就是，ConcurrentHashMap 是一个 Segment 数组，Segment 通过继承ReentrantLock 来进行加锁，所以每次需要加锁的操作锁住的是一个 segment，这样只要保证每个 Segment 是线程安全的，也就实现了全局的线程安全。
HashTable：Hashtable 是遗留类，很多映射的常用功能与 HashMap 类似，不同的是它承自 Dictionary 类，并且是线程安全的，任一时间只有一个线程能写 Hashtable，并发性不如 ConcurrentHashMap，因为 ConcurrentHashMap 引入了分段锁。Hashtable 不建议在新代码中使用，不需要线程安全的场合可以用 HashMap 替换，需要线程安全的场合可以用ConcurrentHashMap 替换。
TreeMap：TreeMap 实现 SortedMap 接口，能够把它保存的记录根据键排序，默认是按键值的升序排序，也可以指定排序的比较器，当用 Iterator 遍历 TreeMap 时，得到的记录是排过序的。如果使用排序的映射，建议使用 TreeMap。在使用 TreeMap 时，key 必须实现 Comparable 接口或者在构造 TreeMap 传入自定义的Comparator，否则会在运行时抛出 java.lang.ClassCastException 类型的异常。
LinkHashMap：LinkedHashMap 是 HashMap 的一个子类，保存了记录的插入顺序，在用 Iterator 遍历LinkedHashMap 时，先得到的记录肯定是先插入的，也可以在构造时带参数，按照访问次序排序。

HashMap在Java7中同Entry使用单向链表存储，若数据量大时则会降低索引效率，在Java8之后采用红黑树存储，ConcurrentHashMap在Java8中也有引用红黑树原理。

各集合实现

ArrayList：底层由数组实现，每个元素都有对应下标，查询快，但是增删涉及到整体的挪动，比较慢

LinkedList：底层由双向链表实现，每个元素都有前后两个节点值，因此增删时仅需要修改涉及元素的节点值即可，但是查询时需要根据节点值轮询

Vector：实现线程安全是因为其大部分方法都使用了synchronized修饰

HashSet：底层由哈希表实现

TreeSet：底层由二叉树实现

LinkedHashSet：底层由继承HashSet和实现LinkedHashMap实现

HashMap：底层由数组+链表+红黑树实现，在Java7时Entry存储在单向链表中，时间复杂度为O(n)，Java8中存储在红黑树中，时间复杂度为O(logN)

ConcurrentHashMap：底层与HashMap类似，但是整体分割成好几组SegMent，每个SegMent继承了ReenTrantLock来实现线程安全

TreeMap：实现SortedMap接口

HashTable：线程安全，原因与Vector类似，但是已经不推荐使用，线程安全场景效率没有ConcurrentHashMap高，非线程安全场景使用HashMap