java集合类

集合类型主要有3种：set(集）、list(列表）和map(映射)。
集合接口分为：Collection和Map，list、set实现了Collection接口。
下图可以反应出集合类的继承关系：

常用的集合类有：HashMap、HashSet、ArrayList，HashTable由于性能原因在《Thinking in java》一书中已经不推荐使用了。

1、HashMap

首先来说一下HashMap。
1.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。
2.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。
3.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。
4.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。
参考：https://www.cnblogs.com/chengxiao/p/6059914.html
参考：https://www.cnblogs.com/xiaoxi/p/5822209.html
参考：http://yikun.github.io/2015/04/01/Java-HashMap%E5%B7%A5%E4%BD%9C%E5%8E%9F%E7%90%86%E5%8F%8A%E5%AE%9E%E7%8E%B0/

2、HashSet

1.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。
2.基于HashMap实现，API也是对HashMap的行为进行了封装，可参考HashMap。
参考：https://www.cnblogs.com/chenssy/p/3621851.html

3、ArrayList

1.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。
2.底层使用数组实现
3.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。
4.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
5.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。
参考：http://www.cnblogs.com/leesf456/p/5308358.html

4、LinkedList

1.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。
2.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。
3.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。
4.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。
参考：http://www.cnblogs.com/ITtangtang/p/3948610.html
参考：https://www.cnblogs.com/leesf456/p/5308843.html

5、 LinkedHashMap

1.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。
2.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。
参考：https://www.cnblogs.com/xiaoxi/p/6170590.html

6、 LinkedHashSet

1.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。
参考：https://blog.youkuaiyun.com/zhaojie181711/article/details/80510129

7、 ConcurrentHashMap

前面的几种容器类都不是线程安全的，ConcurrentHashMap使用了锁分段技术来保证线程安全，在高并发的情况下，对吞吐率的提升非常明显。
1.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。
2.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。
3.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。Hashtable4.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。
5.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。
参考：http://www.importnew.com/28263.html
参考：https://www.cnblogs.com/chengxiao/p/6842045.html

8、Queue

8.1 Queue

Queue是java中实现队列的接口，它总共只有6个方法，我们一般只用其中3个就可以了。Queue的实现类有LinkedList和PriorityQueue。最常用的实现类是LinkedList。

压入元素(添加)：add()、offer()
相同：未超出容量，从队尾压入元素，返回压入的那个元素。
区别：在超出容量时，add()方法会对抛出异常，offer()返回false

弹出元素(删除)：remove()、poll()
相同：容量大于0的时候，删除并返回队头被删除的那个元素。
区别：在容量为0的时候，remove()会抛出异常，poll()返回false

获取队头元素(不删除)：element()、peek()
相同：容量大于0的时候，都返回队头元素。但是不删除。
区别：容量为0的时候，element()会抛出异常，peek()返回null。

	抛出异常	返回特殊值
插入	add(e)	offer(e)
删除	remove()	poll()
检查	element()	peek()

8.2 Deque

双端队列,Double Ended Queue
Deque有两种用途：

• 基于数组实现的线性双向队列：ArrayDeque，常用于队列

  private static void usingAsQueue() {
        Deque<Integer> queue=new ArrayDeque<>();
        System.out.println("队列为空:"+queue.isEmpty());   //判断队列是否为空
        queue.addLast(12);   //添加元素
        System.out.println("队列为空:"+queue.isEmpty());   //判断队列是否为空
        System.out.println(queue.peekFirst());   //获取队列首部元素
        System.out.println(queue.pollFirst());   //获取并移除栈顶元素
        System.out.println("队列为空:"+queue.isEmpty());   //判断队列是否为空
 }

• 基于链表实现的链式双向队列：LinkedList，常用于堆栈

private static void usingAsStack() {
        //作为栈使用
        Deque<Integer> stack=new LinkedList<>();
        System.out.println("栈为空:"+stack.isEmpty());   //判断栈是否为空
        stack.addFirst(12);
        System.out.println("栈为空:"+stack.isEmpty());   //判断栈是否为空
        System.out.println(stack.peekFirst());   //获取栈顶元素
        System.out.println(stack.pollFirst());   //获取并移除栈顶元素
        System.out.println("栈为空:"+stack.isEmpty());   //判断栈是否为空
}

注意：Java堆栈Stack类已经过时，Java官方推荐使用Deque替代Stack使用。Deque堆栈操作方法：push()、pop()、peek()。