List、set、Map的底層實現原理

本文主要是參考了網上一些對java集合講解的比較詳細博客進行歸納總結，下面對

java集合中幾個比較常用的類歸納分析。

ArrayList實現原理要點概括

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

1. ArrayList是List接口的可變數組非同步實現，並允許包括null在內的所有元素。
2. 底層使用數組實現
3. 該集合是可變長度數組，數組擴容時，會將老數組中的元素重新拷貝一份到新的數組中，每次數組容量增長大約是其容量的1.5倍，這種操作的代價很高。
4. 採用了Fail-Fast機制，面對併發的修改時，迭代器很快就會完全失敗，而不是冒着在將來某個不確定時間發生任意不確定行爲的風險
5. remove方法會讓下標到數組末尾的元素向前移動一個單位，並把最後一位的值置空，方便GC

LinkedList實現原理要點概括

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

1. LinkedList是List接口的雙向鏈表非同步實現，並允許包括null在內的所有元素。
2. 底層的數據結構是基於雙向鏈表的，該數據結構我們稱爲節點
3. 雙向鏈表節點對應的類Node的實例，Node中包含成員變量：prev，next，item。其中，prev是該節點的上一個節點，next是該節點的下一個節點，item是該節點所包含的值。
4. 它的查找是分兩半查找，先判斷index是在鏈表的哪一半，然後再去對應區域查找，這樣最多隻要遍歷鏈表的一半節點即可找到

HashMap實現原理要點概括

參考文獻：http://zhangshixi.iteye.com/blog/672697 
參考文獻：http://blog.csdn.net/lizhongkaide/article/details/50595719

1. HashMap是基於哈希表的Map接口的非同步實現，允許使用null值和null鍵，但不保證映射的順序。
2. 底層使用數組實現，數組中每一項是個單向鏈表，即數組和鏈表的結合體；當鏈表長度大於一定閾值時，鏈表轉換爲紅黑樹，這樣減少鏈表查詢時間。
3. HashMap在底層將key-value當成一個整體進行處理，這個整體就是一個Node對象。HashMap底層採用一個Node[]數組來保存所有的key-value對，當需要存儲一個Node對象時，會根據key的hash算法來決定其在數組中的存儲位置，在根據equals方法決定其在該數組位置上的鏈表中的存儲位置；當需要取出一個Node時，也會根據key的hash算法找到其在數組中的存儲位置，再根據equals方法從該位置上的鏈表中取出該Node。
4. HashMap進行數組擴容需要重新計算擴容後每個元素在數組中的位置，很耗性能
5. 採用了Fail-Fast機制，通過一個modCount值記錄修改次數，對HashMap內容的修改都將增加這個值。迭代器初始化過程中會將這個值賦給迭代器的expectedModCount，在迭代過程中，判斷modCount跟expectedModCount是否相等，如果不相等就表示已經有其他線程修改了Map，馬上拋出異常

Hashtable實現原理要點概括

參考文獻：http://blog.csdn.net/zheng0518/article/details/42199477

1. Hashtable是基於哈希表的Map接口的同步實現，不允許使用null值和null鍵
2. 底層使用數組實現，數組中每一項是個單鏈表，即數組和鏈表的結合體
3. Hashtable在底層將key-value當成一個整體進行處理，這個整體就是一個Entry對象。Hashtable底層採用一個Entry[]數組來保存所有的key-value對，當需要存儲一個Entry對象時，會根據key的hash算法來決定其在數組中的存儲位置，在根據equals方法決定其在該數組位置上的鏈表中的存儲位置；當需要取出一個Entry時，也會根據key的hash算法找到其在數組中的存儲位置，再根據equals方法從該位置上的鏈表中取出該Entry。
4. synchronized是針對整張Hash表的，即每次鎖住整張表讓線程獨佔

ConcurrentHashMap實現原理要點概括

參考文獻：http://blog.csdn.net/zheng0518/article/details/42199477

1. ConcurrentHashMap允許多個修改操作併發進行，其關鍵在於使用了鎖分離技術。
2. 它使用了多個鎖來控制對hash表的不同段進行的修改，每個段其實就是一個小的hashtable，它們有自己的鎖。只要多個併發發生在不同的段上，它們就可以併發進行。
3. ConcurrentHashMap在底層將key-value當成一個整體進行處理，這個整體就是一個Entry對象。Hashtable底層採用一個Entry[]數組來保存所有的key-value對，當需要存儲一個Entry對象時，會根據key的hash算法來決定其在數組中的存儲位置，在根據equals方法決定其在該數組位置上的鏈表中的存儲位置；當需要取出一個Entry時，也會根據key的hash算法找到其在數組中的存儲位置，再根據equals方法從該位置上的鏈表中取出該Entry。
4. 與HashMap不同的是，ConcurrentHashMap使用多個子Hash表，也就是段(Segment)
5. ConcurrentHashMap完全允許多個讀操作併發進行，讀操作並不需要加鎖。如果使用傳統的技術，如HashMap中的實現，如果允許可以在hash鏈的中間添加或刪除元素，讀操作不加鎖將得到不一致的數據。ConcurrentHashMap實現技術是保證HashEntry幾乎是不可變的。

HashSet實現原理要點概括

參考文獻：http://zhangshixi.iteye.com/blog/673143l

1. HashSet由哈希表(實際上是一個HashMap實例)支持，不保證set的迭代順序，並允許使用null元素。
2. 基於HashMap實現，API也是對HashMap的行爲進行了封裝，可參考HashMap

LinkedHashMap實現原理要點概括

參考文獻：http://zhangshixi.iteye.com/blog/673789l

1. LinkedHashMap繼承於HashMap，底層使用哈希表和雙向鏈表來保存所有元素，並且它是非同步，允許使用null值和null鍵。
2. 基本操作與父類HashMap相似，通過重寫HashMap相關方法，重新定義了數組中保存的元素Entry，來實現自己的鏈接列表特性。該Entry除了保存當前對象的引用外，還保存了其上一個元素before和下一個元素after的引用，從而構成了雙向鏈接列表。

LinkedHashSet實現原理要點概括

參考文獻：http://zhangshixi.iteye.com/blog/673319l

1. 對於LinkedHashSet而言，它繼承與HashSet、又基於LinkedHashMap來實現的。LinkedHashSet底層使用LinkedHashMap來保存所有元素，它繼承與HashSet，其所有的方法操作上又與HashSet相同。