HashMap、HashTable、LinkedHashMap、TreeMap、Concurrenthashmap、SparseArray

性能对比：https://www.jianshu.com/p/dd746074f390
数据结构之LinkedHashMap：https://www.jianshu.com/p/bbc8087bd9ce

一、HashMap：(无序 ， 非并发类，不支持多线程访问， 链表的数组，拥有数组和链表的优点 允许设置空的key和value)
1、实现原理：链表+数组 + 红黑数（jdk1.8修改）（链地址法bucket）
2、HashMap 的核心算法-hash 函数的实现（高性能需要保证以下几点）：
（1）hash 算法必须是高效的
（2）hash 值到内存地址（数组索引）的算法是快速的
（3）根据内存地址（数组索引）可以直接取得对应的值

**3、为什么数组大小为2的幂时hashmap访问的性能最高：**它的目的是让hashcode中过的“1”变的均匀一点，散列的本意就是要尽量均匀分布

4、HashMap 的 resize() 性能瓶颈：当hashmap中的元素个数超过数组大小*loadFactor时，就会进行数组（默认16）扩容；loadFactor的默认值为0.75；原数组中的数据必须重新计算其在新数组中的位置，并放进去，这就是resize。哈希表每次扩容为原来的2倍。 JDK1.8对哈希碰撞后的拉链算法进行了优化， 当拉链上entry数量太多（超过8个）时，将链表重构为红黑树。

5、查询时间性能：HashMap的桶， 如果没有哈希碰撞， HashMap就是个数组，我说的是如果。 数组的查询时间复杂度是O(1)，所以HashMap理想时间复杂度是O(1)；如果所有数据都在同一个下标位置， 即N个数据组成链表，时间复杂度为O(n)， 所以HashMap的最差时间复杂度为O(n)。如果链表达到8个元素时重构为红黑树，而红黑树的查询时间复杂度为O(logN), 所以这时HashMap的时间复杂度为O(logN)。

6、JDK1.8的修改：如果链表个数达到8个时，将链表修改为红黑树结构。使用的是数组+链表+红黑树的数据结构（当链表的深度达到8的时候，也就是默认阈值，就会自动扩容把链表转成红黑树的数据结构来把时间复杂度从O（N）变成O（logN）提高了效率）

7、hash碰撞：两个元素通过hash函数计算出的值是一样的，是同一个存储地址。当后面的元素要插入到这个地址时，发现已经被占用了，这时候就产生了hash冲突(Collision)。
解决hash冲突的方法主要有两种，
（1）开放寻址法（当一个Key通过hash函数获得对应的数组下标已被占用的时候，我们可以寻找下一个空档位置）
（2）链表法（hashmap使用这种方式）
两个key返回相同的hash值，定位到同一个数组下标位置，这时去判断当前下标是否有值，没有值就放在该位置，如果有值，依次遍历。如果是put，遍历到有相同的key，就替换掉原来的值，没有就将该值放入到链表头部（jdk1.8是放在头部）；如果是get就依次遍历，遍历到有相同的key，就返回其值。否则返回空。

8、多线程并发下HashMap会发生死循环：
（1）put()操作的时候导致的多线程数据不一致
比如有两个线程A和B，首先A希望插入一个key-value对到HashMap中，首先计算记录所要落到的 hash桶的索引坐标，然后获取到该桶里面的链表头结点，此时线程A的时间片用完了，而此时线程B被调度得以执行，和线程A一样执行，只不过线程B成功将记录插到了桶里面，假设线程A插入的记录计算出来的 hash桶索引和线程B要插入的记录计算出来的 hash桶索引是一样的，那么当线程B成功插入之后，线程A再次被调度运行时，它依然持有过期的链表头但是它对此一无所知，以至于它认为它应该这样做，如此一来就覆盖了线程B插入的记录，这样线程B插入的记录就凭空消失了，造成了数据不一致的行为

（2）resize()而引起死循环
JDK1.8后，除了对hashmap增加红黑树结果外，对原有造成死锁的关键原因点（新table复制在头端添加元素）改进为依次在末端添加新的元素。虽然JDK1.8后添加红黑树改进了链表过长查询遍历慢问题和resize时出现导致put生成环形链表，get获取时死循环的bug，但还是非线性安全的，比如数据丢失等等。比较low的可以使用HashTable和调用Collections工具类的synchronizedMap()方法达到线程安全的目的。但由于synchronized是串行执行，在访问量很大的情况下效率很低，不推荐使用。因此多线程情况下还是建议使用concurrenthashmap。
HashMap 在高并发下引起的死循环

9、为什么String, Interger这样的wrapper类适合作为键？
String, Interger这样的wrapper类作为HashMap的键是再适合不过了，而且String最为常用。因为String是不可变的，也是final的，而且已经重写了equals()和hashCode()方法了。其他的wrapper类也有这个特点。不可变性是必要的，因为为了要计算hashCode()，就要防止键值改变，如果键值在放入时和获取时返回不同的hashcode的话，那么就不能从HashMap中找到你想要的对象。不可变性还有其他的优点如线程安全。如果你可以仅仅通过将某个field声明成final就能保证hashCode是不变的，那么请这么做吧。因为获取对象的时候要用到equals()和hashCode()方法，那么键对象正确的重写这两个方法是非常重要的。如果两个不相等的对象返回不同的hashcode的话，那么碰撞的几率就会小些，这样就能提高HashMap的性能。

10、我们可以使用自定义的对象作为键吗？
这是前一个问题的延伸。当然你可能使用任何对象作为键，只要它遵守了equals()和hashCode()方法的定义规则，并且当对象插入到Map中之后将不会再改变了。如果这个自定义对象时不可变的，那么它已经满足了作为键的条件，因为当它创建之后就已经不能改变了。

二、HashTable：无序 ，并发类，支持多线程访问 不允许设置空的key和value

三、LinkedHashMap ：有序，可设置按插入顺序或者按访问顺序 。 相当于在hashmap的基础上多增加一个链表记录顺序。提供了两种类型的顺序：元素插入的顺序 和 元素最近访问的顺序。可以通过下面构造函数指定排序方式。

/**
     * Constructs an empty <tt>LinkedHashMap</tt> instance with the
     * specified initial capacity, load factor and ordering mode.
     *
     * @param  initialCapacity the initial capacity
     * @param  loadFactor      the load factor
     * @param  accessOrder     the ordering mode - <tt>true</tt> for
     *         access-order, <tt>false</tt> for insertion-order
     * @throws IllegalArgumentException if the initial capacity is negative
     *         or the load factor is nonpositive
     */
    public LinkedHashMap(int initialCapacity,
                         float loadFactor,
                         boolean accessOrder) {
        super(initialCapacity, loadFactor);
        this.accessOrder = accessOrder;
    }

四、TreeMap ：有序，根据键值排序，默认升序，可实现comapre函数实现排序控制，使用红黑二叉树实现，不允许设置空的key和value。红黑树是一种平衡查找树，它的统计性能要由于平衡二叉树。有良好的最坏运行时间，可以在 O（log n） 时间内做查找、插入和删除，n 表示树中元素的个数。

五、Concurrenthashmap：和 HashMap 非常类似，唯一的区别就是其中的核心数据如 value ，以及链表都是 volatile 修饰的，保证了获取时的可见性。原理上来说：ConcurrentHashMap 采用了分段锁技术，其中 Segment 继承于 ReentrantLock。不会像 HashTable 那样不管是 put 还是 get 操作都需要做同步处理，理论上 ConcurrentHashMap 支持 CurrencyLevel (Segment 数组数量)的线程并发。每当一个线程占用锁访问一个 Segment 时，不会影响到其他的 Segment。get不需要加锁，除非读取到空值才需要加锁重读。put方法只对定位到的 Segment 进行加锁。

HashMap？ConcurrentHashMap？相信看完这篇没人能难住你！

六、SparseArray
SparseArray是android里为<Interger,Object>这样的Hashmap而专门写的类,目的是提高内存效率，其核心是折半查找函数（binarySearch）
注意内存二字很重要，因为它仅仅提高内存效率，而不是提高执行效率，所以也决定它只适用于android系统（内存对android项目有多重要，地球人都知道）。

SparseArray有两个优点：
1.避免了自动装箱（auto-boxing）
2.数据结构不会依赖于外部对象映射。 我们知道HashMap 采用一种所谓的“Hash 算法”来决定每个元素的存储位置，存放的都是数组元素的引用，通过每个对象的
hash值来映射对象。而SparseArray则是用数组数据结构来保存映射，然后通过折半查找来找到对象。但其实一般来说，SparseArray执行效率比HashMap要慢一点，因为查找需要折半查找，而添加删除则需要在数组中执行，而HashMap都是通过外部映射。但相对来说影响不大，最主要是SparseArray不需要开辟内存空间来额外存储外部映射，从而节省内存。
3.总的看起来，SparseArray要比HashMap的数据结构简单的多。没有hashmap的node结点，也不需要迭代器来遍历。二分法查找在查找上更有优势。缺点就是它的key只支持int类型。显然在我们实际开发当中是不够的，因此也就有了ArrayMap了，ArrayMap的源码我们就不再分析了。实际上它的用法以及对数据的存储都和SparseArray一样，都是由两个数组来完成的，并且也是基于二分查找。不同的地方在于，ArrayMap的key可以是任意类型的。]

七、总结：
List特点：元素有放入顺序，元素可重复
Map特点：元素按键值对存储，无放入顺序
Set特点：元素无放入顺序，元素不可重复（注意：元素虽然无放入顺序，但是元素在set中的位置是有该元素的HashCode决定的，其位置其实是固定的）
List接口有三个实现类：LinkedList，ArrayList，Vector
LinkedList：底层基于链表实现，链表内存是散乱的，每一个元素存储本身内存地址的同时还存储下一个元素的地址。链表增删快，查找慢
ArrayList和Vector的区别：ArrayList是非线程安全的，效率高；Vector是基于线程安全的，效率低
Set接口有两个实现类：HashSet(底层由HashMap实现)，LinkedHashSet
SortedSet接口有一个实现类：TreeSet（底层由平衡二叉树实现）
Query接口有一个实现类：LinkList
Map接口有三个实现类：HashMap，HashTable，LinkeHashMap
HashMap非线程安全，高效，支持null；HashTable线程安全，低效，不支持null
SortedMap有一个实现类：TreeMap
其实最主要的是，list是用来处理序列的，而set是用来处理集的。Map是知道的，存储的是键值对
set 一般无序不重复.map kv 结构 list 有序

参考：
HashMap原理分析（JDK1.8）
HashMap源码分析（JDK1.8）- 你该知道的都在这里了
jdk1.8 HashMap工作原理和扩容机制(源码解析)
Android中SparseArray，ArrayList，LinkedList，Set，HashMap，ArraySet
深入理解 hash 函数、HashMap、LinkedHashMap、TreeMap 【上】
深入理解 hash 函数、HashMap、LinkedHashMap、TreeMap 【中】
SparseArray 与 HashMap