Java 集合底层原理剖析（List、Set、Map、Queue）

List
ArrayList 的属性、数据结构、add/set/remove 具体流程

参考文献： 
http://zhangshixi.iteye.com/blog/674856l 
https://www.cnblogs.com/leesf456/p/5308358.html

ArrayList是List接口的可变数组非同步实现，并允许包括null在内的所有元素。
底层使用数组实现
该集合是可变长度数组，数组扩容时，会将老数组中的元素重新拷贝一份到新的数组中，每次数组容量增长大约是其容量的1.5倍，这种操作的代价很高。
采用了Fail-Fast机制，面对并发的修改时，迭代器很快就会完全失败，而不是冒着在将来某个不确定时间发生任意不确定行为的风险
remove方法会让下标到数组末尾的元素向前移动一个单位，并把最后一位的值置空，方便GC

LinkedList 的属性、数据结构、get 具体流程、Java 8 对它的改进

参考文献： 
1.http://www.cnblogs.com/ITtangtang/p/3948610.htmll 
2.https://www.cnblogs.com/leesf456/p/5308843.html

LinkedList是List接口的双向链表非同步实现，并允许包括null在内的所有元素。
底层的数据结构是基于双向链表的，该数据结构我们称为节点
双向链表节点对应的类Node的实例，Node中包含成员变量：prev，next，item。其中，prev是该节点的上一个节点，next是该节点的下一个节点，item是该节点所包含的值。
它的查找是分两半查找，先判断index是在链表的哪一半，然后再去对应区域查找，这样最多只要遍历链表的一半节点即可找到
	

Vector 的属性、数据结构、特征、使用场景

参考文献：https://www.cnblogs.com/msymm/p/9873551.html
Vector 是矢量队列，它是JDK1.0版本添加的类。继承于AbstractList，实现了List, RandomAccess, Cloneable这些接口。
Vector 继承了AbstractList，实现了List；所以，它是一个队列，支持相关的添加、删除、修改、遍历等功能。
Vector 实现了RandmoAccess接口，即提供了随机访问功能。RandmoAccess是java中用来被List实现，为List提供快速访问功能的。在Vector中，我们即可以通过元素的序号快速获取元素对象；这就是快速随机访问。
Vector 实现了Cloneable接口，即实现clone()函数。它能被克隆。

和ArrayList不同，Vector中的操作是线程安全的。

Stack 的属性、数据结构、实现原理

参考文献：https://blog.youkuaiyun.com/oChangWen/article/details/50683147
	栈是数据结构中一种很重要的数据结构类型，因为栈的后进先出

CopyOnWriteArrayList 和 CopyOnWriteArraySet 的数据结构、特征、实现原理

参考文献：
https://blog.youkuaiyun.com/dingjianmin/article/details/79828059
https://www.2cto.com/kf/201607/525117.html
1.CopyOnWriteArrayList适用于读多写少的场景
2.在并发操作容器对象时不会抛出ConcurrentModificationException，并且返回的元素与迭代器创建时的元素是一致的
3.容器对象的复制需要一定的开销，如果对象占用内存过大，可能造成频繁的YoungGC和Full GC
4.CopyOnWriteArrayList不能保证数据实时一致性，只能保证最终一致性
5.在需要并发操作List对象的时候优先使用CopyOnWriteArrayList
6.随着CopyOnWriteArrayList中元素的增加，CopyOnWriteArrayList的修改代价将越来越昂贵，因此，CopyOnWriteArrayList适用于读操作远多于修改操作的并发场景中。

ArrayList 和 Vector 区别、LinkedList 与 ArrayList 的区别

ArrayList和Vector都是基于存储元素的Object[] array来实现的，它们会在内存中开辟一块连续的空间
来存储，因为数据存储是连续的，所以它们支持用下标来访问元素，索引数据的速度比较快。
1）ArrayList和Vector都有一个初始化的容量大小，当里面存储的元素超过初始的大小时就需要动态地扩充
它们的存储空间，Vector默认扩充为原来的两倍（每次扩充空间的大小可以设置），ArrayList默认
扩充为原来的1.5倍（没有提供方法来设置空间扩充的方法）。

2）ArrayList和Vector最大的区别就是synchronization的使用，没有一个ArrayList的方法是同步的，而
Vector的绝大多数方法（如add,insert,remove,set,equals,hashcode）都是直接或间接同步的，所以Vector
是线程安全的，ArrayList不是线程安全的。正是由于Vector提供了线程安全的机制，其性能上也要稍逊于ArrayList
LinkedList是采用双向列表来实现的，对数据的索引需要从列表头开始遍历，因此用于随机访问则效率比较低，
但是插入元素时不需要对数据进行移动，因此插入效率较高。同时，LinkedList是非线程安全的容器

对容器的选择：
当对数据的主要操作是索引或只在集合的末端增加、删除元素时，使用ArrayList或Vector效率比较高，
当对数据的操作主要为指定位置或删除操作时，使用LikedList效率比较高；当在多线程中使用容器时，选用Vector较为安全

Map
HashMap 的属性、数据结构、put/get/remove 具体流程、扩容机制、哈希冲突解决方案、Java 8 对 HashMap 的改进

参考文献：http://zhangshixi.iteye.com/blog/672697 
参考文献：http://blog.youkuaiyun.com/lizhongkaide/article/details/50595719

HashMap是基于哈希表的Map接口的非同步实现，允许使用null值和null键，但不保证映射的顺序。
底层使用数组实现，数组中每一项是个单向链表，即数组和链表的结合体；当链表长度大于一定阈值时，链表转换为红黑树，这样减少链表查询时间。
HashMap在底层将key-value当成一个整体进行处理，这个整体就是一个Node对象。HashMap底层采用一个Node[]数组来保存所有的key-value对，当需要存储一个Node对象时，会根据key的hash算法来决定其在数组中的存储位置，在根据equals方法决定其在该数组位置上的链表中的存储位置；当需要取出一个Node时，也会根据key的hash算法找到其在数组中的存储位置，再根据equals方法从该位置上的链表中取出该Node。
HashMap进行数组扩容需要重新计算扩容后每个元素在数组中的位置，很耗性能
采用了Fail-Fast机制，通过一个modCount值记录修改次数，对HashMap内容的修改都将增加这个值。迭代器初始化过程中会将这个值赋给迭代器的expectedModCount，在迭代过程中，判断modCount跟expectedModCount是否相等，如果不相等就表示已经有其他线程修改了Map，马上抛出异常

HashTable 的属性、数据结构、特征、使用场景、实现原理

参考文献：http://blog.youkuaiyun.com/zheng0518/article/details/42199477

Hashtable是基于哈希表的Map接口的同步实现，不允许使用null值和null键
底层使用数组实现，数组中每一项是个单链表，即数组和链表的结合体
Hashtable在底层将key-value当成一个整体进行处理，这个整体就是一个Entry对象。Hashtable底层采用一个Entry[]数组来保存所有的key-value对，当需要存储一个Entry对象时，会根据key的hash算法来决定其在数组中的存储位置，在根据equals方法决定其在该数组位置上的链表中的存储位置；当需要取出一个Entry时，也会根据key的hash算法找到其在数组中的存储位置，再根据equals方法从该位置上的链表中取出该Entry。
synchronized是针对整张Hash表的，即每次锁住整张表让线程独占

ConcurrentHashMap 的属性、数据结构、put/set/remove 具体流程

参考文献：http://blog.youkuaiyun.com/zheng0518/article/details/42199477

ConcurrentHashMap允许多个修改操作并发进行，其关键在于使用了锁分离技术。
它使用了多个锁来控制对hash表的不同段进行的修改，每个段其实就是一个小的hashtable，它们有自己的锁。只要多个并发发生在不同的段上，它们就可以并发进行。
ConcurrentHashMap在底层将key-value当成一个整体进行处理，这个整体就是一个Entry对象。Hashtable底层采用一个Entry[]数组来保存所有的key-value对，当需要存储一个Entry对象时，会根据key的hash算法来决定其在数组中的存储位置，在根据equals方法决定其在该数组位置上的链表中的存储位置；当需要取出一个Entry时，也会根据key的hash算法找到其在数组中的存储位置，再根据equals方法从该位置上的链表中取出该Entry。
与HashMap不同的是，ConcurrentHashMap使用多个子Hash表，也就是段(Segment)
ConcurrentHashMap完全允许多个读操作并发进行，读操作并不需要加锁。如果使用传统的技术，如HashMap中的实现，如果允许可以在hash链的中间添加或删除元素，读操作不加锁将得到不一致的数据。ConcurrentHashMap实现技术是保证HashEntry几乎是不可变的。

TreeMap 的属性、数据结构、使用场景、put/remove 具体流程

https://blog.youkuaiyun.com/cyywxy/article/details/81151104

LinkedHashMap 的属性、数据结构、使用场景、Java 8 对它的改进

参考文献：http://zhangshixi.iteye.com/blog/673789l

LinkedHashMap继承于HashMap，底层使用哈希表和双向链表来保存所有元素，并且它是非同步，允许使用null值和null键。
基本操作与父类HashMap相似，通过重写HashMap相关方法，重新定义了数组中保存的元素Entry，来实现自己的链接列表特性。该Entry除了保存当前对象的引用外，还保存了其上一个元素before和下一个元素after的引用，从而构成了双向链接列表。

WeakHashMap 介绍
HashMap 与 Hashtable 的区别、HashMap 与 TreeMap 的区别
Hashtable 与 ConcurrentHashMap 的联系与区别

Set
HashSet 的属性、特征、使用场景、实现原理

参考文献：http://zhangshixi.iteye.com/blog/673143l

HashSet由哈希表(实际上是一个HashMap实例)支持，不保证set的迭代顺序，并允许使用null元素。
基于HashMap实现，API也是对HashMap的行为进行了封装，可参考HashMap

TreeSet 的属性、特征、使用场景、实现原理
LinkedHashSet 的属性、特征、使用场景、实现原理

参考文献：http://zhangshixi.iteye.com/blog/673319l

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。

HashSet、TreeSet、LinkedHashSet 之间的区别

Queue
阻塞队列介绍
非阻塞队列介绍
双端队列（Deque）介绍