Java基础五 集合

特点：

Set 无序、不可重复

List 有序、重复

Queue 队列

Map 映射关系

关系：

HashSet -> Set

TreeSet -> NavigableSet -> SortedSet -> Set -> Collection -> Iterable

ArrayList -> List -> Collection -> Iterable

LinkedList -> list & Deque

LinkedList -> Deque & list

ArrayDeque -> Deque -> Queue -> Collection -> Iterable

HashMap -> Map

TreeMap -> NavigableMap -> SortedMap -> Map

携带三个问题去学习并找到对应答案：

1.怎么存数据？

2.是否有排序机制？

3.存储数据上限，是否有扩容机制？

1、HashSet – 是Set接口的典型实现

特点：不保证元素的排列顺序，非线程安全，集合内元素值可以为null，底层由HashMap实现，元素存在key上，而value则为空对象。

1、在hashset中定义了hashmap，使用transient修饰，不在value中初始化值，节省空间，transient - 不需要序列化的对象；
2、定义一个静态的常量的Object对象，用于比较；
3、初始化方法
4、add添加方法，静态常量对象判断是否有当前值，
5、remove移除方法
6、iterator迭代方法，使用map.keySet().Iterator()进行迭代；
7、写入、读取

2、TreeSet

特点：确保集合元素处于排序状态，支持自然排序和定制排序两种排序方式，底层由TreeMap实现，是非线程安全的，内部元素值不能为null；

1、定义了NavigableMap 可排序的map，同样使用transient修饰；
2、定义静态常量PRESENT；
3、构造方法使用new TreeMap实现；
4、添加、移除、排序等均相同；

3、ArrayList

基于数组实现的List，封装了动态的、允许再分配的Object[]数组，使用initialCapacity参数来设置数组长度，当元素超过该数组长度时，initialCapacity会自动增加实现自动扩容，若需缩容，则需要主动调用trimToSize()方法。

1、默认容量为10；每次扩容1.5倍；
2、定义两个空数组用于初始化时知道创建时是否选择容量；
3、add 先看是否扩容（底层计算容量，比较容量与传入的参数比较……），再追加数据；使用copyof方法将原数组拷贝到新容量数组中；
4、迭代规则，1、iterator自带的；2、自定义实现，添加listIterator，返回listIterator；可从前往后，从后往前迭代；

4、LinkedList

基于双向链表实现的List，内部元素可以为null、可以重复、是非线程安全的。
1、首节点、尾节点
2、linkLast末尾添加；linkeBefore头部添加；
3、使用node(index)进行获取和删除节点数，node使用前后两段进行查找。

实现list和Deque两个接口，可以当作双端队列使用，既可以当栈、也可以当队列。
1、offerFirst() - addFirst() - LinkFirst()、offerLast() - addLast() - LinkLast()
2、poll()/pollFirst() - unlinkFirst()、pollLast() - unlinkLast()
3、push() - addFirst() - linkFirst()、pop() - removeFirst() - unlinkFirst()

5、Queue

用于模拟队列，是一种先进先出的容器（FIFO）
1、add()将元素加入队列尾部；offer(),当有容量限制的队列使用更好；
2、remove()获取头部元素并删除、poll() ，队列为空返回null；
3、element()获取头部元素不删除、peek()，队列为空返回null；

6、Deque

双端队列，支持入栈出栈操作，在queue基础上，添加两类方法。
1、offerFirst()、offerLast() 头尾添加队列；
2、pollFirst()、pollLast()、头尾删除头部元素；
3、peekFirst()、peekLast() 头尾获取头部元素；

7、ArrayDeque

底层通过数组实现，是循环数组能够满住两端插入或删除元素，是非线程安全的，容器中不允许放入null；可扩容，但没有缩容的机制。
1、头尾指针、常量；head、tail。
2、最小/默认容量为8；
3、addFirst/addLast，head=(head-1)&(elements.length-1)
4、扩容，先拷贝头指针往右元素，再拷贝头指针左侧的元素；
5、pollFirst/pollLast，heat=(heat+1)&(elements.length-1)/tail=(tail-1)&(elements.length-1)
6、入栈：push() - addFirst()；出栈pop() - removeFirst() - pollFirst()同一个方向出和入

8、Map

在JDK8中，HashMap底层采用“数组+链表+红黑树”实现。
重点：
数据结构
put过程
扩容机制

1、数据结构：table数组，数组值是Node单链表，数组规模达到一定程度时变为TreeNode，交叉继承了LinkedHashMap、HashMap、Node；
2、put过程：1、数组为空，初次扩容；2、若头节点为空，则新建链表节点；3、若头节点非空，则将元素插入槽；（元素等于头节点，直接覆盖；元素为树型节点，添加到树；元素为链表节点，链表长度小于8，添加至链表；元素为链表节点，链表长度超过8，则扩容或转为树，但是链表属性保留，再添加元素）4、元素的个数超过阈值，则再次扩容。
3、扩容机制，翻倍扩容左移一位。（若原为16，新为32。则数组内容位置为：原位、原位+16进行扩展）
4、状态参数，threshold记录容量，传入参数必须是2^n，
如果不行，就通过扩容的机制实现2^n、loadFactor负载因子，是否添加到表后或是新表中。

9、HashMap

1、查询机制：先定位，再从槽中迭代链表或树；
2、迭代机制：先遍历槽，再遍历槽中的链表或树，遍历出所有节点；
3、相关参数默认值：默认初始容量 16； 最大容量2^30；负载因子：0.75f；转为树的零界点8；转链表的零界点为6；支持树结构的最小容量：64；

10、TreeMap

底层为红黑树，插入时元素要进行比较，得到排序结果，有自然排序和定制排序两种；
属性：key、value、左右节点、父节点、颜色标识，默认为black；

11、Collections

解决并发：
1、同步集合
提供了多个synchronizedXxx()方法，set、list、queue迭代器没有加锁，需要用户自己加，map加了的；
2、不变集合（只读）
提供三类方法返回一个不可变集合，emptXxx()；返回一个空的不可变集合对象；singletonXxx()；返回一个只包含指定对象的不可变集合对象；unmodifiable()返回指定集合对象的不可变视图；

12、JUC下的集合，并发下的集合

1、CopyOnWriteArrayList
采用复制底层数组的方式来实现写操作；
读取时直接读取本身，无需加锁与阻塞；
修改时，需要复制一份新的数组，并对新的数组进行修改，执行过程需要加所，执行的是副本修改，是线程安全的；
2、ConcurrentHashMap
JDK7中，把一个hashMap拆分成多个子hashMap，每个子hashMap叫Segment，多线程操作多个Segment相互独立，分段锁。
好处：减少hash冲突，避免一个槽中原所过多；提高读写并发度，段与段之间相互独立；提高扩容的并发度，子模块单独可以进行扩容。
JDK8中，不分段，引入红黑树
好处：很好解决hash冲突，头节点分别加锁，并发粒度更细，但是扩容难度增加。