《Java后端知识体系》系列之Java集合

为了几个月后的面试准备的汤姆！

先上集合知识图谱：有不足的或者错误的地方欢迎下方评论指正！

集合

• Collection

  • List
    • ArrayList:
      • 底层实现：底层是可变数组的数据结构，默认的初始化长度为10，如果没有设置容量默认是空数组，然后在进行add的时候会扩容到10（此时是创建了一个新的数组，然后将旧的数组复制到新数组中），后面扩容的话是按照0.5倍的大小进行扩容的，是线程不安全的，底层是数组所以查询效率更高，新增、删除效率低。
    • LinkedList：
      • 底层实现：底层是双向链表，地址是任意的，采用的是尾插法的的方式，在链表中有头节点、尾节点、指针，所以在插入和删除时不需要移动数据，所以效率高，但是查询时需要通过指针来寻找数据，所以效率很低；也是线程不安全的。
    • Vector：
      • 底层实现：底层也是数组实现的，结构跟ArrayList差不多，但是Vector是线程安全的，底层通过使用synchronized锁维持线程安全，所以性能较低；Vector扩容时会扩容一倍（也就是扩容到当前容量的两倍），同时在扩容时可以通过设置增长因子来设定扩容。
  • Set
    • HashSet
      • 底层实现：HashSet是通过哈希表实现的，HashSet中的数据是无序的，可以存入null值，但是只能存入一个null，两个数据中的值不允许重复，就如数据库中的唯一约束；同时HashSet放入的对象必须实现hashcode方法，放入的对象都是以hashcode码作为唯一标识的。
    • TreeSet：
      • 底层实现：TreeSet是通过红黑树实现的(底层继承了TreeMap，TreeMap是通过红黑树来实现的)，在TreeSet中存储的是排好序的数据同时不允许有重复值，也是非线程安全的，效率上不如HashSet（二叉树要进行旋转消耗性能）

• Map

  • TreeMap
    • 实现原理：TreeMap是通过红黑树来实现的(了解红黑树可以看这篇)，红黑树是排好序的数据结构，是非线程安全的。
  • HashMap
    • 实现原理：HashMap的实现是通过数组+链表+红黑树（jdk1.8），非线程安全的，key可以为null值，默认的负载因子为0.75，在扩容时都是2的次幂（这是因为扩大2的次幂的容量后，重新计算数据的hash值的时候只会影响最高位的数据，这样就减少了重新分配位置的操作，提高了效率。可以看我这篇对源码的分析）。HashMap中当链表的长度大于等于8的时候（同时数组长度大于64不然只会进行扩容）会将链表转换为红黑树，同时当红黑树的长度小于6时，又会将红黑树转换为链表，在jdk1.8中采用了尾插法，这样的做法解决了jdk1.7中头插法的死循环问题.
  • HashTable
    • 实现原理：HashTable的实现原理跟HashMap类似，主要的区别在于HashTable是线程安全的，内部使用synchronized锁实现线程安全，因为使用synchronized所以性能比较差。
  • ConcurrentHashMap：
    • 实现原理：ConcurrentHashMap是属于JUC并发包的一种，属于线程安全的结构，底层也是通过数组+链表+红黑树来实现的（jdk1.8），在ConcurrentHashMap的put方法中会根据hash值计算这个新插入的点在table中的位置i，如果位置i是空的，直接放进去，否则进行判断，如果i位置是树节点，按照树的方式插入新的节点，否则把i插入到链表的末尾，同时不允许key或value为null。对于多线程下的put存在两种情况：
      • 如果一个或多个线程正在对ConcurrentHashMap进行扩容操作，当前线程也要进入扩容的操作中。这个扩容的操作之所以能被检测到，是因为transfer方法中在空结点上插入forward节点，如果检测到需要插入的位置被forward节点占有，就帮助进行扩容(在扩容时多线程会帮助进行扩容以及数据的迁移)。
      • 如果检测到要插入的节点是非空且不是forward节点，就对这个节点加锁，这样就保证了线程安全。尽管这个有一些影响效率，但是还是会比hashTable的synchronized要好得多。

搞了两个小时知识总结，我真是会敲代码的汤姆猫！！