Java集合框架浅析

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了Java集合框架浅析相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

集合框架示图


Collection接口和Map接口 方法API介绍

Collection接口:

  • boolean add(E e) :添加元素到集合中

  • boolean addAll(Collection<? extends E> c) : 将指定 collection 中的所有元素都添加到此 collection 中(可选操作)。

  • void clear() : 移除此 collection 中的所有元素(可选操作)。

  • boolean contains(Object o) :如果此 collection 包含指定的元素,则返回 true。

  • boolean containsAll(Collection<?> c) : 如果此 collection 包含指定 collection 中的所有元素,则返回 true。

  • boolean equals(Object o) : 比较此 collection 与指定对象是否相等。

  • int hashCode() :返回此 collection 的哈希码值。

  • boolean isEmpty() : 如果此 collection 不包含元素,则返回 true。

  • Iterator iterator() :返回在此 collection 的元素上进行迭代的迭代器。

  • boolean remove(Object o) : 从此 collection 中移除指定元素的单个实例,如果存在的话(可选操作)。

  • boolean removeAll(Collection<?> c):移除此 collection 中那些也包含在指定 collection 中的所有元素(可选操作)。

  • boolean retainAll(Collection<?> c) :仅保留此 collection 中那些也包含在指定 collection 的元素(可选操作)。

  • int size() :返回此 collection 中的元素数。

  • Object[] toArray() :返回包含此 collection 中所有元素的数组。

  • T[] toArray(T[] a) : 返回包

  • default Spliterator spliterator() :Creates a Spliterator over the elements in this collection. (jdk1.8)

  • default Stream stream() :Returns a sequential Stream with this collection as its source. (jdk1.8)


**Map接口:**
  • void clear() :从此映射中移除所有映射关系(可选操作)。
  • boolean containsKey(Object key) :如果此映射包含指定键的映射关系,则返回 true。
  • boolean containsValue(Object value) :如果此映射将一个或多个键映射到指定值,则返回 true。
  • Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() :返回此映射中包含的映射关系的 Set 视图。
  • boolean equals(Object o) :比较指定的对象与此映射是否相等。
  • V get(Object key) :返回指定键所映射的值;如果此映射不包含该键的映射关系,则返回 null。
  • int hashCode() :返回此映射的哈希码值。
  • boolean isEmpty() :如果此映射未包含键-值映射关系,则返回 true。
  • Set keySet() :返回此映射中包含的键的 Set 视图。
  • V put(K key, V value) :将指定的值与此映射中的指定键关联(可选操作)。
  • void putAll(Map<? extends K,? extends V> m) :从指定映射中将所有映射关系复制到此映射中(可选操作)。
  • V remove(Object key) :如果存在一个键的映射关系,则将其从此映射中移除(可选操作)。
  • int size() :返回此映射中的键-值映射关系数。

常用集合

  • List:ArrayList、LinkedList、Vector
  • Map:TreeMap、CurrentHashMap、HashTable
  • Set:HashSet、TreeSet

集合原理详解

List集合

ArrayList

说明:

ArrayList底层基于对象数组来实现,默认的容量是10,超过该容量后会按照原来的1.5倍再加1来去扩容。
特点:查询和更加速度快,删除添加慢,有序排列

构造器:

	//对象数组
	private transient Object[] elementData;
		
	//默认构造器
	public ArrayList() {
		this(10); //默认容量为10
	}

    //指定容量构造器
	public ArrayList(int initialCapacity) {
	   super();
	   if (initialCapacity < 0){
		   throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity);
	   }
	   this.elementData = new Object[initialCapacity]; //生成一个长度为10的Object类型的数组
	}

    //集合复制构造器
	public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
		elementData = c.toArray();   //返回包含此 collection 中所有元素的数组
		size = elementData.length;   //得到该数组的长度

		if (elementData.getClass() != Object[].class){
			//如果elementData数组不是Object[].class类型,则进行复制操作,返回包含相同元素和长度的Object类型的数组
			elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class); 
		}
	}

add方法:
	//元素添加 size:初始化大小是一开始对象数组的长度,记录当前数组长度
	public boolean add(E e) {
		ensureCapacity(size + 1);  //判断是否需要扩容
		elementData[size++] = e;   //将元素添加到对象数组最后
		return true;
	}
	
	//将元素添加到指定位置
	public void add(int index, E element) {
		//如果指定的角标大于或者小于当前对象数组长度,抛出角标越界异常
		if (index > size || index < 0)  
			throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+", Size: "+size);
		ensureCapacity(size+1);  // 判断是否要扩容
		//将index这位置空出,index后面的元素全部后移一位
		System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,size - index);  
		elementData[index] = element; //将要添加的元素放到指定的数组下标处
		size++; 
	}
	
	//判断当前对象数组是否需要扩容,minCapacity当前对象数组最少应该有的容量值
	public void ensureCapacity(int minCapacity) {
	   modCount++;
	   int oldCapacity = elementData.length;  //原数组的容量
	   if (minCapacity > oldCapacity) {
		   Object oldData[] = elementData;
		   //定义新数组的容量,为原数组容量的1.5倍+1
		   int newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;  
		   //如果扩容后还是不够当前对象数组最少应该有的容量值,那么直接用该容量值作为新数组的容量值
		   if (newCapacity < minCapacity)
			newCapacity = minCapacity; 
		   elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);  //复制指定的数组,返回新数组的容量为newCapacity
	   }
   }

get方法:
	//根据index获取元素
	public E get(int index) {
		RangeCheck(index); //检查传入的指定下标是否合法
		return (E) elementData[index];  //返回数组下标为index的数组元素
	}
	
	//判断指定的index是否越界
	private void RangeCheck(int index) {
		if (index >= size) 
			throw new IndexOutOfBoundsException(
			"Index: "+index+", Size: "+size);
	}

remove方法:
	//移除指定index元素并返回该元素
	public E remove(int index) {
		RangeCheck(index);  //检查index是否越界
	 
		modCount++;
		E oldValue = (E) elementData[index];  //获取指定index的数组元素
	 
		int numMoved = size - index - 1;  //要移动的元素个数
		if (numMoved > 0)
			//参数1:原数组 参数2:原数组初始角标 参数3:目标数组 参数4:目标数组的其实角标 参数5:复制的个数
			System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);  //空出index位置,后面全部元素左移动一位
		elementData[--size] = null; //将引用置空,让gc进行回收
	 
		return oldValue;
	}
	 
	//移除指定的元素
	public boolean remove(Object o) {
		
		//插入的值为null时,移除数组中的null值元素
		if (o == null) { 
			for (int index = 0; index < size; index++)
				if (elementData[index] == null) {  //移除首次出现的null
					fastRemove(index);
					return true;
				}
		} else {
			for (int index = 0; index < size; index++)
				if (o.equals(elementData[index])) { //注意:Object的equals方法比较的是内存地址
					fastRemove(index);
					return true;
				}
			}
		return false;
	}
	
	//移除非null元素
	private void fastRemove(int index) {  //移除指定位置的元素,实现方法类似remove(int i)
		modCount++;
		int numMoved = size - index - 1;
		if (numMoved > 0)
			//空出index位置,后面全部元素左移动一位
			System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
							 numMoved);
		elementData[--size] = null;  //将引用置空,让gc进行回收
	}

clone方法-浅克隆:
	public Object clone() {
	   try {
		   ArrayList<E> v = (ArrayList<E>) super.clone();  //调用Object类的clone方法返回一个ArrayList对象
		   v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);  //复制目标数组
		   v.modCount = 0;
		   return v;
	   } catch (CloneNotSupportedException e) {
		   // this shouldn\'t happen, since we are Cloneable
		   throw new InternalError();
	   }
	}


LinkedList

说明:

LinkedList底层基于双向链表实现,可以实现双向链表,双端队列和栈等数据结构
特点:删除添加快,查询和更加速度慢(不支持高效的随机元素访问),有序排列

基本数据结构:

	//节点类
	//实现双向链表
	private static class Node<E> {
        E item;  		 //当前节点元素
        Node<E> next; 	//下一个元素 
        Node<E> prev; 	//上一个元素

        Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
    }
    
    //add get remove set方法 均基于该方法
    Node<E> node(int index) {

    	//二分法查找
        if (index < (size >> 1)) { //左边
            Node<E> x = first;
            for (int i = 0; i < index; i++)
                x = x.next;
            return x;
        } else { //右边
            Node<E> x = last;
            for (int i = size - 1; i > index; i--)
                x = x.prev;
            return x;
        }
        
}
    

add方法:

	transient int size = 0;  //当前集合大小
    transient Node<E> first; //链头
    transient Node<E> last;  //链尾
	
	
	//将元素添加到链头
    public void addFirst(E e) {
        linkFirst(e);
    }

	//将元素添加到链尾
    public void addLast(E e) {
        linkLast(e);
    }
	
	//将元素添加到链头实现
    private void linkFirst(E e) {
        final Node<E> f = first; //获取到链头
		//参数1:上一个节点 参数2:当前节点元素 参数3:下一个节点
        final Node<E> newNode = new Node<>(null, e, f); 
        first = newNode; //将包含当前元素的节点设置为链头
        if (f == null) 
            //如果这是f为null(表示这是集合是第一次添加元素),则当前节点即使链头也是链尾,前后节点都为null
			last = newNode; 
        else
			//将新增的节点赋给链头的prev,即代替当前链头成为新的链头
            f.prev = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

	//将元素添加到链尾实现
    private void linkLast(E e) {
        final Node<E> l = last; //获取到链尾
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null); //当前节点
        last = newNode;
        if (l == null)
			 //如果这是l为null(表示这是集合是第一次添加元素),则当前节点即使链头也是链尾,前后节点都为null
            first = newNode;
        else
			//将新增的节点赋给链尾的next,即代替当前链尾成为新的链尾
            l.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

add方法 - jdk 1.6:

   //区别:添加成功返回boolean值
	public boolean offerFirst(E e) {
		addFirst(e);
		return true;
	}

	public boolean offerLast(E e) {
		addLast(e);
		return true;
	}	

get方法:

    //根据索引获取 : 二分查找
    public E get(int index) {
        checkElementIndex(index);
        return node(index).item; 
    }
	//获取链头
    public E getFirst() {
        final Node<E> f = first;
        if (f == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return f.item;
    }
	
	//获取链尾
    public E getLast() {
        final Node<E> l = last;
        if (l == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return l.item;
    }	

get方法 - jdk 1.6:

    区别:如果获取的值为null则返回null不抛异常
    public E peekFirst() {
        final Node<E> f = first;
        return (f == null) ? null : f.item;
     }

    public E peekLast() {
        final Node<E> l = last;
        return (l == null) ? null : l.item;
    }

remove方法:

	//移除链头节点并返回链头元素
    public E removeFirst() {
        final Node<E> f = first;
        if (f == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return unlinkFirst(f);
    }

	//移除链尾节点并返回链尾元素
    public E removeLast() {
        final Node<E> l = last;
        if (l == null)
            throw new NoSuchElementException();
        return unlinkLast(l);
    }
	
	//移除链头节点并返回链头元素实现
    private E unlinkFirst(Node<E> f) {
        final E element = f.item; //获取到链头中的元素对象
        final Node<E> next = f.next; //获取到链头的next节点
		//置空引入,让gc回收对象
		f.item = null;
        f.next = null;
		//用当前链头的next节点来代替当前链头成为新的链头		
        first = next; 
		//next为null表示当前几个只有一个元素,即上下节点都为null
        if (next == null) 
            last = null; 
        else
            next.prev = null; 
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }
	
	//移除链尾节点并返回链尾元素实现
    private E unlinkLast(Node<E> l) {
        final E element = l.item;
        final Node<E> prev = l.prev;
        l.item = null;
        l.prev = null; // help GC
        last = prev;
        if (prev == null)
            first = null;
        else
            prev.next = null;
        size--;
        modCount++;
        return element;
    }

remove方法 - jdk 1.6:

	区别:不抛异常返回null
    public E pollFirst() {
        final Node<E> f = first;
        return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
    }

    public E pollLast() {
        final Node<E> l = last;
        return (l == null) ? null : unlinkLast(l);
    }

LinkedList实现Stack:

	//jdk 1.6
	public E pollFirst() {
        final Node<E> f = first;
        return (f == null) ? null : unlinkFirst(f);
    }
	
	//jdk 1.6
    public E pollLast() {
        final Node<E> l = last;
        return (l == null) ? null : unlinkLast(l);
    }

    public void push(E e) {
        addFirst(e);
    }

    public E pop() {
        return removeFirst();
    }


Vector

说明:

Vector是jdk 1.0的容器,和ArrayList一样基于对象数组,初始容量同样默认为10,但不同的是扩容时会增加为原来的2倍,且每个方法都使用synchronize修饰,是一个同步的线程安全的容器
特点:使用Enumeration<E>遍历元素,有序排列



Map集合

HashMap 基于JDK 1.8

说明:

HashMap底层基于哈希表来实现(在Java中哈希表通过数组+链表来实现,称链表散列或拉链法)也称作关联数组,不记录元素插入顺序,默认的容量是16,扩容按照2的n次幂递增,但不能超过1<<30
特点:key-value都能存null值,无序排列
注意:在JDK 1.8中,HashMap加入了红黑树,当桶中的bin大于TREEIFY_THRESHOLD时将使用(数组+红黑树)来存储,
少于TREEIFY_THRESHOLD将使用(数组+链表)

数据结构实现图解(JDK 1.8):

基本数据结构:

    //单向链表节点
    static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final int hash; //当前节点Hash值
        final K key; 	//当前节点key值
        V value;		//当前节点value值
        Node<K,V> next; //当前节点的next节点

        Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
            this.hash = hash;
            this.key = key;
            this.value = value;
            this.next = next;
        }

        public final K getKey()        { return key; }
        public final V getValue()      { return value; }
        public final String toString() { return key + "=" + value; }

        public final V setValue(V newValue) {
            V oldValue = value;
            value = newValue;
            return oldValue;
        }
	
		public final int hashCode() {
            return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);
        }
		
        public final boolean equals(Object o) {
            if (o == this)
                return true;
			
            if (o instanceof Map.Entry) {
                Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o;
                if (Objects.equals(key, e.getKey()) &&
                    Objects.equals(value, e.getValue()))
                    return true;
            }
			
            return false;
        }
    }
    
    
    
    //红黑树节点 
	static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {
        TreeNode<K,V> parent;	  //父亲节点
        TreeNode<K,V> left;		//左子节点
        TreeNode<K,V> right;	   //右子节点
        TreeNode<K,V> prev;    	//上一个节点
        boolean red;
        
		TreeNode(int hash, K key, V val, Node<K,V> next) {
            super(hash, key, val, next);
        }

        /**
         * 返回root节点
         */
        final TreeNode<K,V> root() {
            for (TreeNode<K,V> r = this, p;;) {
                if ((p = r.parent) == null) //当一个节点没有父节点时该节点就是root节点
                    return r;
                r = p;
            }
        }

        /**
         * Ensures that the given root is the first node of its bin.
         */
        static <K,V> void moveRootToFront(Node<K,V>[] tab, TreeNode<K,V> root) {
            int n;
            if (root != null && tab != null && (n = tab.length) > 0) {
                int index = (n - 1) & root.hash;
                TreeNode<K,V> first = (TreeNode<K,V>)tab[index];
                if (root != first) {
                    Node<K,V> rn;
                    tab[index] = root;
                    TreeNode<K,V> rp = root.prev;
                    if ((rn = root.next) != null)
                        ((TreeNode<K,V>)rn).prev = rp;
                    if (rp != null)
                        rp.next = rn;
                    if (first != null)
                        first.prev = root;
                    root.next = first;
                    root.prev = null;
                }
                assert checkInvariants(root);
            }
        }
        
        
        
        //重置数组长度
          final Node<K,V>[] resize() {
		//旧数组
        Node<K,V>[] oldTab = table;
		//获取就数组的长度
        int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
		//获取初始化阈值
        int oldThr = threshold;
		//初始化新容量和新阈值 往后给新数组用
        int newCap, newThr = 0;
        
		if (oldCap > 0) {
			//就数组长度大于最大值限制时
            if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
                threshold = Integer.MAX_VALUE;
                return oldTab;
            }
            else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY && oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
                newThr = oldThr << 1; // double threshold
        }
        else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
            newCap = oldThr;
        else {               // zero initial threshold signifies using defaults
            newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
            newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
        }
        if (newThr == 0) {
            float ft = (float)newCap * loadFactor;
            newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                      (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
        }
        threshold = newThr;
        @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
		//创建新的数组
        Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
        table = newTab;
		
		//将旧数组元素复制到新数组中
        if (oldTab != null) {
            for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
                Node<K,V> e;
                if ((e = oldTab[j]) != null) {
                    oldTab[j] = null;
                    if (e.next == null)
                        newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                    else if (e instanceof TreeNode)
                        ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                    else { // preserve order
                        Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                        Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                        Node<K,V> next;
                        do {
                            next = e.next;
                            if ((e.hash & oldCap) == 0) {
                                if (loTail == null)
                                    loHead = e;
                                else
                                    loTail.next = e;
                                loTail = e;
                            }
                            else {
                                if (hiTail == null)
                                    hiHead = e;
                                else
                                    hiTail.next = e;
                                hiTail = e;
                            }
                        } while ((e = next) != null);
                        if (loTail != null) {
                            loTail.next = null;
                            newTab[j] = loHead;
                        }
                        if (hiTail != null) {
                            hiTail.next = null;
                            newTab[j + oldCap] = hiHead;
                        }
                    }
                }
            }
        }
        return newTab;
    }
        

几个重要的属性:

	//默认容量值
	static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; 

	//最大容量限制值
	static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

	//默认加载因子:加载因子提高可以减少空间开销,但同时会增加查找某个条目的时间
	static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

	//底层实现,实质存储元素的就是该Node<K,V>数组
	transient Node<K,V>[] table;

	//Map.Entry<K,V>的Set集合
	transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;

	//元素个数
	transient int size;
	
	//由链表转换成树的阈值(又叫临界值,是指一个效应能够产生的最低值或最高值)
	//当桶中bin的数量【超过】TREEIFY_THRESHOLD时使用树来代替链表。默认值是8 
    static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

	//由树转换成链表的阈值
	//当执行resize操作时,当桶中bin的数量【少于】UNTREEIFY_THRESHOLD时使用链表来代替树。默认值是6 
    static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;

	//当桶中的bin被树化时最小的hash表容量
    static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

构造器:

	//默认构造器
    public HashMap() {
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
    }
	
	//指定容量构造器
	public HashMap(int initialCapacity) {
        this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
    }
	
	//指定初始化容量和加载因子构造器
    public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
        
		//初始化容量值少于0,抛异常
		if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " + initialCapacity);
        
		//初始化容量大于最大容量限制值,则就依最大容量限制值来作容器为初始化大少
		if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
            initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
		
		//初始化加载因子小于或者等于0时,又或者不是一个数字时,抛异常
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
            throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " + loadFactor);
        
		this.loadFactor = loadFactor; 
        this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
    }


	//根据一个Map创建一个HashMap 构造器
    public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
        putMapEntries(m, false);
    }

put方法:

	//存入键值对
    public V put(K key, V value) {
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }

    final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) {
        Node<K,V>[] tab; 
		Node<K,V> p; 
		int n, i;
		
		/** 当Node<K,V>[] table为空时
			> 当前节点数组 tab = table
			> 当前节点数组的长度 n = tab.length
		*/
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
		
		/** 存储key-value的时候是以 (n - 1) & hash 作为节点数组的角标来存储的
			> hash:当前插入key值的hashCode
			> (n - 1):当前节点数组的最大角标
		*/
		//如果添加的这个key在table对应的位置没有值,直接创建一个新节点添加到Node<K,V>[] table中
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) 
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null); 
        
		/**
			在当前Node<K,V>[] table中有对应 (n - 1) & hash 作为节点数组的角标值时(值是节点)
		*/
		else {
            Node<K,V> e; 
			K k;
			
			//如果已经存在一样的key,那么就覆盖该key
            if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
            else if (p instanceof TreeNode) //如果是节点数
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    if ((e = p.next) == null) {
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) //当桶中bin的数量【超过】TREEIFY_THRESHOLD时使用树来代替链表
                            treeifyBin(tab, hash);
                        break;
                    }
                    if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    p = e;
                }
            }
            if (e != null) { // existing mapping for key
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
        if (++size > threshold)
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }
	

get方法:

	
	//获取对应key的value
    public V get(Object key) {
        Node<K,V> e;
        return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
    }

    final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
        Node<K,V>[] tab; 
		Node<K,V> first, e; 
		int n; 
		K k;
		
		//容器必须有元素才能操作,否则返回null
        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 && (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
			
			//如果first = tab[(n - 1) & hash]就是要获取的节点,直接返回
            if (first.hash == hash && ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                return first;
			
			//如果当前节点有下一个节点的信息
            if ((e = first.next) != null) {
				//如果当前节点是节点树形式存储的节点,调用节点数节点获取方法获取
                if (first instanceof TreeNode) 
                    return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
                do {
                    if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        return e;
                } while ((e = e.next) != null); //链表遍历获取
            }
        }
        return null;
    }


get方法:

  
	//移除指定key的value
	public V remove(Object key) {
        Node<K,V> e;
        return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?
            null : e.value;
    }

    final Node<K,V> removeNode(int hash, Object key, Object value, boolean matchValue, boolean movable) {
        Node<K,V>[] tab; 
		Node<K,V> p; 
		int n, index;
		
		//容器必须有元素才能操作,否则返回null
		//当前数组长度:n =  tab.length
		//该key的节点位于数组的位置的角标: index = (n - 1) & hash
        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&(p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
            
			Node<K,V> node = null, e; 
			K k; 
			V v;
			
			//如果p = tab[(n - 1) & hash]就是要获取的节点,直接复制给node变量
            if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                node = p;
			
			//如果p = tab[(n - 1) & hash]不是要找的节点,那么循环查找
            else if ((e = p.next) != null) {
				//如果该节点是节点树的节点,那么调用节点树查找方法获取node节点
                if (p instanceof TreeNode) node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key);
                else {
                    do {
						//如果遍历到了该key的节点
                        if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {
                            node = e;
                            break;
                        }
                        p = e;  //记录主 key对应节点的上一个节点
                    } while ((e = e.next) != null);
                }
            }
			
			//node != null表示经过上面的代码后找到了该key的节点
            if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||(value != null && value.equals(v)))) {
                //如果该节点是节点树的节点,那么调用节点树移除方法移除节点
				if (node instanceof TreeNode)
                    ((TreeNode<K,V>)node).removeTreeNode(this, tab, movable);
                else if (node == p)
                    tab[index] = node.next;
                else
					//p是node节点的上一个节点
                    p.next = node.next; //将要删除的节点的next赋值给上一个节点的next
                ++modCount;
                --size;
                afterNodeRemoval(node);
                return node;
            }
        }
        return null;
    }

clear方法:

    public void clear() {
        Node<K,V>[] tab;
        modCount++;
        if ((tab = table) != null && size > 0) {
            size = 0;
            //循环将引用置空,让gc回收
            for (int i = 0; i < tab.length; ++i)
                tab[i] = null;
        }
    }

entrySet方法:

	//依Set<Map.Entry<K,V>>形式返回Node[] table数组
    public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() {
        Set<Map.Entry<K,V>> es;
        return (es = entrySet) == null ? (entrySet = new EntrySet()) : es;
    }

    final class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> {
        public final int size()                 { return size; }
        public final void clear()               { HashMap.this.clear(); }
		
		//返回迭代器
        public final Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() {
            return new EntryIterator();
        }
		
        public final boolean contains(Object o) {
            if (!(o instanceof Map.Entry))
                return false;
            Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>) o;
            Object key = e.getKey();
            Node<K,V> candidate = getNode(hash(key), key);
            return candidate != null && candidate.equals(e);
        }
		
		//移除节点
        public final boolean remove(Object o) {
            if (o instanceof Map.Entry) {
                Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>) o;
                Object key = e.getKey();
                Object value = e.getValue();
                return removeNode(hash(key), key, value, true, true) != null;
            }
            return false;
        }
        public final Spliterator<Map.Entry<K,V>> spliterator() {
            return new EntrySpliterator<>(HashMap.this, 0, -1, 0, 0);
        }
        public final void forEach(Consumer<? super Map.Entry<K,V>> action) {
            Node<K,V>[] tab;
            if (action == null)
                throw new NullPointerException();
            if (size > 0 && (tab = table) != null) {
                int mc = modCount;
                for (int i = 0; i < tab.length; ++i) {
                    for (Node<K,V> e = tab[i]; e != null; e = e.next)
                        action.accept(e);
                }
                if (modCount != mc)
                    throw new ConcurrentModificationException();
            }
        }
    }



TreeMap

说明:

TreeMap底层基红黑树来实现,查看“键”或“键值对”时,它们会被排序(次序由Comparable或Comparator决定)。TreeMap的特点在于,所得到的结果是经过排序的。
TreeMap是唯一的带有subMap()方法的Map,它可以返回一个子树
特点:key不能为null,value可以,自然排序或比较器排序

红黑树基本介绍: 示意图:

红黑树需要满足的条件:

  1. 每个节点不是红色就是黑色的;

  2. 根节点总是黑色的;

  3. 如果节点是红色的,则它的子节点必须是黑色的(反之不一定);

  4. 从根节点到叶节点或空子节点的每条路径,必须包含相同数目的黑色节点(即相同的黑色高度);

    在红-黑树中插入的节点都是红色的,这不是偶然的,因为插入一个红色节点比插入一个黑色节点违背红-黑规则的可能性更小。
    原因是:插入黑色节点总会改变黑色高度(违背规则4),但是插入红色节点只有一半的机会会违背规则3。
    另外违背规则3比违背规则4要更容易修正
    

以上红黑树数据结构理解来自:http://blog.csdn.net/eson_15/article/details/51144079

基本数据结构:

static final class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        K key;			    //key值
        V value;			  //value值
        Entry<K,V> left; 	  //左子节点
        Entry<K,V> right;       //右子节点
        Entry<K,V> parent;	//父节点
        boolean color = BLACK; //黑色,注意:红黑树很节点必须为黑色

        Entry(K key, V value, Entry<K,V> parent) {
            this.key = key;
            this.value = value;
            this.parent = parent;
        }

        public K getKey() {
            return key;
        }

        public V getValue() {
            return value;
        }

        public V setValue(V value) {
            V oldValue = this.value;
            this.value = value;
            return oldValue;
        }

        public boolean equals(Object o) {
            if (!(o instanceof Map.Entry))
                return false;
            Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o;

            return valEquals(key,e.getKey()) && valEquals(value,e.getValue());
        }

        public int hashCode() {
            int keyHash = (key==null ? 0 : key.hashCode());
            int valueHash = (value==null ? 0 : value.hashCode());
            return keyHash ^ valueHash;
        }

        public String toString() {
            return key + "=" + value;
        }
    }
    
    
    

    //左旋
    private void rotateLeft(Entry<K,V> p) {
        if (p != null) {
            Entry<K,V> r = p.right;
            p.right = r.left;
            if (r.left != null)
                r.left.parent = p;
            r.parent = p.parent;
            if (p.parent == null)
                root = r;
            else if (p.parent.left == p)
                p.parent.left = r;
            else
                p.parent.right = r;
            r.left = p;
            p.parent = r;
        }
    }
	
	//右旋
    private void rotateRight(Entry<K,V> p) {
        if (p != null) {
            Entry<K,V> l = p.left;
            p.left = l.right;
            if (l.right != null) l.right.parent = p;
            l.parent = p.parent;
            if (p.parent == null)
                root = l;
            else if (p.parent.right == p)
                p.parent.right = l;
            else p.parent.left = l;
            l.right = p;
            p.parent = l;
        }
    }
	
	//插入变色
    private void fixAfterInsertion(Entry<K,V> x) {
        x.color = RED;

        while (x != null && x != root && x.parent.color == RED) {
            if (parentOf(x) == leftOf(parentOf(parentOf(x)))) {
                Entry<K,V> y = rightOf(parentOf(parentOf(x)));
                if (colorOf(y) == RED) {
                    setColor(parentOf(x), BLACK);
                    setColor(y, BLACK);
                    setColor(parentOf(parentOf(x)), RED);
                    x = parentOf(parentOf(x));
                } else {
                    if (x == rightOf(parentOf(x))) {
                        x = parentOf(x);
                        rotateLeft(x);
                    }
                    setColor(parentOf(x), BLACK);
                    setColor(parentOf(parentOf(x)), RED);
                    rotateRight(parentOf(parentOf(x)));
                }
            } else {
                Entry<K,V> y = leftOf(parentOf(parentOf(x)));
                if (colorOf(y) == RED) {
                    setColor(parentOf(x), BLACK);
                    setColor(y, BLACK);
                    setColor(parentOf(parentOf(x)), RED);
                    x = parentOf(parentOf(x));
                } else {
                    if (x == leftOf(parentOf(x))) {
                        x = parentOf(x);
                        rotateRight(x);
                    }
                    setColor(parentOf(x), BLACK);
                    setColor(parentOf(parentOf(x)), RED);
                    rotateLeft(parentOf(parentOf(x)));
                }
            }
        }
        root.color = BLACK;
    }
	
	
	//删除变色
    private void fixAfterDeletion(Entry<K,V> x) {
        while (x != root && colorOf(x) == BLACK) {
            
			if (x == leftOf(parentOf(x))) {
                Entry<K,V> sib = rightOf(parentOf(x));

                if (colorOf(sib) == RED) {
                    setColor(sib, BLACK);
                    setColor(parentOf(x), RED);
                    rotateLeft(parentOf(x));
                    sib = rightOf(parentOf(x));
                }

                if (colorOf(leftOf(sib))  == BLACK &&
                    colorOf(rightOf(sib)) == BLACK) {
                    setColor(sib, RED);
                    x = parentOf(x);
                } else {
                    if (colorOf(rightOf(sib)) == BLACK) {
                        setColor(leftOf(sib), BLACK);
                        setColor(sib, RED);
                        rotateRight(sib);
                        sib = rightOf(parentOf(x));
                    }
                    setColor(sib, colorOf(parentOf(x)));
                    setColor(parentOf(x), BLACK);
                    setColor(rightOf(sib), BLACK);
                    rotateLeft(parentOf(x));
                    x = root;
                }
            } else { // symmetric
                Entry<K,V> sib = leftOf(parentOf(x));

                if (colorOf(sib) == RED) {
                    setColor(sib, BLACK);
                    setColor(parentOf(x), RED);
                    rotateRight(parentOf(x));
                    sib = leftOf(parentOf(x));
                }

                if (colorOf(rightOf(sib)) == BLACK &&
                    colorOf(leftOf(sib)) == BLACK) {
                    setColor(sib, RED);
                    x = parentOf(x);
                } else {
                    if (colorOf(leftOf(sib)) == BLACK) {
                        setColor(rightOf(sib), BLACK);
                        setColor(sib, RED);
                        rotateLeft(sib);
                        sib = leftOf(parentOf(x));
                    }
                    setColor(sib, colorOf(parentOf(x)));
                    setColor(parentOf(x), BLACK);
                    setColor(leftOf(sib), BLACK);
                    rotateRight(parentOf(x));
                    x = root;
                }
            }
        }

        setColor(x, BLACK);
    }
    

几个重要的属性:

	//比较器,排序使用
	private final Comparator<? super K> comparator;

	//根节点
    private transient Entry<K,V> root;

	//节点数
    private transient int size = 0;

	//修改标记
    private transient int modCount = 0;

构造器:

	//默认构造器
	public TreeMap() {
        comparator = null;
    }

	//带有比较器的构造器
    public TreeMap(Comparator<? super K> comparator) {
        this.comparator = comparator;
    }

	//使用一个map集合创建一个TreeMap 构造器
    public TreeMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
        comparator = null; //无比较器
        putAll(m);
    }

	//使用一个SortedMap集合创建一个TreeMap 构造器
    public TreeMap(SortedMap<K, ? extends V> m) {
        comparator = m.comparator();
        try {
            buildFromSorted(m.size(), m.entrySet().iterator(), null, null);
        } catch (java.io.IOException cannotHappen) {
        } catch (ClassNotFoundException cannotHappen) {
        }
    }

put方法:

    //比较排序
	final int compare(Object k1, Object k2) {
        return comparator==null ? ((Comparable<? super K>)k1).compareTo((K)k2) : comparator.compare((K)k1, (K)k2);
    }


	public V put(K key, V value) {
        Entry<K,V> t = root; //获取根节点
        if (t == null) {
            compare(key, key); // type (and possibly null) check
			//如果root为空,将第一个put如的key-value节点作为根节点
            root = new Entry<>(key, value, null); 
            size = 1;
            modCount++;
            return null;
        }
        int cmp;
        Entry<K,V> parent;
        //获取比较器
        Comparator<? super K> cpr = comparator;
        if (cpr != null) {
			
			//循环找位置将节点设入去
            do {
                parent = t;
                cmp = cpr.compare(key, t.key);
                if (cmp < 0) //放左边
                    t = t.left;
                else if (cmp > 0) //放右边
                    t = t.right;
                else
                    return t.setValue(value); //替换
            } while (t != null);
        }
        else {
            if (key == null)
                throw new NullPointerException();
				@SuppressWarnings("unchecked")
                Comparable<? super K> k = (Comparable<? super K>) key;
            do {
                parent = t;
                cmp = k.compareTo(t.key);
                if (cmp < 0)
                    t = t.left;
                else if (cmp > 0)
                    t = t.right;
                else
                    return t.setValue(value);
            } while (t != null);
        }
        Entry<K,V> e = new Entry<>(key, value, parent);
        if (cmp < 0)
            parent.left = e;
        else
            parent.right = e;
        fixAfterInsertion(e);
        size++;
        modCount++;
        return null;
    }
      

get方法:

        //获取到指定key的节点
	public V get(Object key) {
        Entry<K,V> p = getEntry(key);
        return (p==null ? null : p.value);
    }

        //获取到指定key的节点实现
	final Entry<K,V> getEntry(Object key) {
		
		//有比较器的时候
		if (comparator != null)
            return getEntryUsingComparator(key);
		
		//key为null的时候抛异常
        if (key == null)
            throw new NullPointerException();
        
		//
		@SuppressWarnings("unchecked")
        Comparable<? super K> k = (Comparable<? super K>) key; //向上转型
        Entry<K,V> p = root;
        while (p != null) {
            int cmp = k.compareTo(p.key);
            if (cmp < 0)
                p = p.left;
            else if (cmp > 0)
                p = p.right;  //k等于p.key,即找到该节点
            else
                return p;
        }
        return null;
    }
	
	final Entry<K,V> getEntryUsingComparator(Object key) {
        @SuppressWarnings("unchecked")
            K k = (K) key;
        Comparator<? super K> cpr = comparator;
        if (cpr != null) {
            Entry<K,V> p = root;
            while (p != null) {
                int cmp = cpr.compare(k, p.key);
                if (cmp < 0)
                    p = p.left;
                else if (cmp > 0)
                    p = p.right;
                else
                    return p; //k等于p.key,即找到该节点
            }
        }
        return null;
    }

remove方法:

 	//移除指定的节点对象
	public boolean remove(Object o) {
        //当o不是Map.Entry的实例就返回false
        if (!(o instanceof Map.Entry))
			return false;
		//将o转为强转成Map.Entry对象
		Map.Entry<?,?> entry = (Map.Entry<?,?>) o;
		//获取该对象的值
		Object value = entry.getValue();
		
		//根据该对象的key值从红黑树中获取到对应的红黑树节点
		Entry<K,V> p = getEntry(entry.getKey());
		
		/*
		对比传进来的这个对象的value,和利用该对象的key在红黑树中获得的节点的value进行对比
		如果相同,证明确实有这个节点,那么就记性删除,否者但会false
		*/
		if (p != null && valEquals(p.getValue(), value)) {
			deleteEntry(p);
			return true;
		}
		return false;
	}
	

	//移除指定key的节点对象,并返回移除了的节点的value值
   public V remove(Object key) {
		//根据key在红黑树总查找到对应的节点
		Entry<K,V> p = getEntry(key);
		if (p == null)
			return null;
		V oldValue = p.value;
		deleteEntry(p); //删除节点
		return oldValue;
    }

	
	//获取红黑树节点中指定key的节点
	final Entry<K,V> getEntry(Object key) {
        //当有自定义比较器的时候
        if (comparator != null)
            return getEntryUsingComparator(key);
		if (key == null)
            throw new NullPointerException();
        @SuppressWarnings("unchecked")
		//将key强转成Comparable实例,这就是为什么TreeMap要么传入比较器,要么实现Comparable的原因
		Comparable<? super K> k = (Comparable<? super K>) key;
        //获取红黑树的根节点
		Entry<K,V> p = root;
		//遍历红黑树来获取当前key的节点
		while (p != null) {
			//从根节点开始查找
            int cmp = k.compareTo(p.key); 
            if (cmp < 0)
                p = p.left;
            else if (cmp > 0)
                p = p.right;
            else
                return p;
        }
        return null;
    }  
    
    
    	//删除指定节点实现,注意:是要删除的节点
    private void deleteEntry(Entry<K,V> p) {
        modCount++;
        size--;

        if (p.left != null && p.right != null) {
            Entry<K,V> s = successor(p); 
            p.key = s.key;
            p.value = s.value;
            p = s;
        } 
		
        // Start fixup at replacement node, if it exists.
        Entry<K,V> replacement = (p.left != null ? p.left : p.right);

        if (replacement != null) {
            // Link replacement to parent
            replacement.parent = p.parent;
            if (p.parent == null)
                root = replacement;
            else if (p == p.parent.left)
                p.parent.left  = replacement;
            else
                p.parent.right = replacement;

            // Null out links so they are OK to use by fixAfterDeletion.
            p.left = p.right = p.parent = null;

            // Fix replacement
            if (p.color == BLACK)
                fixAfterDeletion(replacement);
        } else if (p.parent == null) { // return if we are the only node.
            root = null;
        } else { //  No children. Use self as phantom replacement and unlink.
            if (p.color == BLACK)
                fixAfterDeletion(p);

            if (p.parent != null) {
				if (p == p.parent.left)
					//如果当前是左节点,利用父节点来移除自己
                    p.parent.left = null; 
                else if (p == p.parent.right)
					//如果当前是右节点,利用父节点来移除自己
                    p.parent.right = null;
					
				//移除父节点	
                p.parent = null;
            }
        }
    }




HashTable

说明:

基于散列(数组+链表)实现,操作方法都被synchronize修饰,所以是线程安全的容器
特点:key不能为null,value不能为null,使用Enumeration遍历

和HashMap的基本对比:




ConcurrentHashTable

说明:

可以高效地支持并发操作,开源框架Spring的底层数据结构就是使用ConcurrentHashMap实现的;
与同是线程安全的老大哥HashTable相比,它已经更胜一筹,因此它的锁更加细化,而不是像HashTable一样为几乎每个方法都添加了synchronized锁,这样的锁无疑会影响到性能;
JDK8的版本,与JDK6的版本有很大的差异。实现线程安全的思想也已经完全变了,它摒弃了Segment(锁段)的概念,
而是启用了一种全新的方式实现,利用CAS算法,它沿用了与它同时期的HashMap版本的思想,底层依然由“数组”+链表+红黑树的方式思想,
但是为了做到并发,又增加了很多辅助的类,例如TreeBin,Traverser等对象内部类。

注意:ConcurrentHashMap不允许key或value为null值



Set集合

HashSet

说明:

基于HashMap实现(散列),所以可以得出结论,值不能为重复,但可以为null,重复会被覆盖

TreeSet

说明:

基于TreeMap实现,元素的顺序取决于元素自身的自然顺序或者在构造时提供的比较器
注意:TreeMap的key不能为null,所以TreeSet的元素不能为null

以上是关于Java集合框架浅析的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

Java8集合框架——集合工具类Collections内部方法浅析

浅析Java中的集合

006 Java集合浅析1

集合框架浅析

java基础入门-多线程同步浅析-以银行转账为样例

浅析Minium,微信小程序自动化测试框架