java之集合概述

Posted 2021-02-04 LotorLess

整体类图

Java集合是java提供的工具包，包含了常用的数据结构：集合、链表、队列、栈、数组、映射等。Java集合工具包位置是java.util.*
Java集合主要可以划分为4个部分：List列表、Set集合、Map映射、工具类(Iterator迭代器、Enumeration枚举类、Arrays和Collections)。

接口

上图中看到 主要的接口类为：Collection 和 Map。

继承Collection的接口主要有三大类：List、Set、Queue；实现Collection接口的AbstractCollection

继承Map接口的主要有：SortedMap ，实现Map的有AbstractMap 以及HashTable

list

List是一个有序的队列，每一个元素都有它的索引。第一个元素的索引值是0。List的实现类有LinkedList, ArrayList, Vector, Stack。

• LinkedList：底层数据结构为双向链接队列，可以被当作栈、队列或双端队列来使用。非线程安全
• ArrayList：基于动态数组的数据结构。因此对于随机访问get和set，ArrayList要优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针；理论上当要在ArrayList非尾部index处插入数据，index之后的所有元素，会被移动会导致插入效率变低。非线程安全
• Vector ：基于动态数组的数据结构。是线程安全的（相对线程安全）。主要用在事先不知道数组的大小，或者只是需要一个可以改变大小的数组的情况。默认数组大小为 10，如果未指定扩容大小，扩容时按现在数据大小的两倍扩容。
• stack ：是Vector的一个子类，它实现了一个标准的后进先出的栈。

set

Set是一个不允许有重复元素的集合。 Set的实现类有HastSet和TreeSet。HashSet依赖于HashMap，它实际上是通过HashMap实现的；TreeSet依赖于TreeMap，它实际上是通过TreeMap实现的。

• HastSet：通过HashMap实现。 HashSet 中的所有元素都是保存在 HashMap 的 key 中，value 则是使用的 PRESENT 对象，该对象为 static final Object。默认的初始容量为16，负载因子为0.75.
• TreeSet：是基于 TreeMap 实现的，TreeMap是一个有序的二叉树，那么同理TreeSet同样也是一个有序的，它的作用是提供有序的 Set 集合。

HashMap

基于哈希表的 Map 接口的实现，以 key-value 的形式存在。初始化时，最为重要的两个参数为：初始容量和负载因子

• 初始容量：表示哈希表中桶的数量，初始容量是创建哈希表时的容量

• 加载因子：是哈希表在其容量自动增加之前可以达到多满的一种尺度，它衡量的是一个散列表的空间的使用程度，负载因子越大表示散列表的装填程度越高，反之愈小。对于使用链表法的散列表来说，查找一个元素的平均时间是O(1+a)，因此如果负载因子越大，对空间的利用更充分，然而后果是查找效率的降低；如果负载因子太小，那么散列表的数据将过于稀疏，对空间造成严重浪费。系统默认负载因子为 0.75，一般情况下我们是无需修改的。

• Put过程：首先判断 key 是否为 null，若为 null，则直接调用 putForNullKey 方法。若不为空则先计算 key 的 hash 值，然后根据 hash 值搜索在 table 数组中的索引位置，如果 table 数组在该位置处有元素，则通过比较是否存在相同的 key，若存在则覆盖原来 key 的 value，否则将该元素保存在链头（最先保存的元素放在链尾）。若 table 在该处没有元素，则直接保存。

• Get过程：若为null，直接取第一个；若不为空则先计算 key 的 hash 值，然后根据 hash 值搜索在 table 数组中的索引位置。然后返回该 key 对应的 value 即可。

• HashMap 的底层数组长度总是 2 的 n 次方，在构造函数中存在：capacity <<= 1;这样做总是能够保证 HashMap 的底层数组长度为 2 的 n 次方。当 length 为 2 的 n 次方时，h&(length – 1) 就相当于对 length 取模，而且速度比直接取模快得多，这是 HashMap 在速度上的一个优化。

TreeMap

TreeMap 实现是红黑树算法的实现。红黑树是一颗自平衡的排序二叉树，即根节点大于左子树小于右子树。所以TreeMap是有序的Map结构

WeakHashMap

WeakHashMap的存储结构等与HashMap的结构几乎一样，不同指出是其引用是弱引用。所谓弱引用是指，java垃圾回收器，在检查到该引用是弱引用的时候，不管内存是否够用都会对此引用进行垃圾回收。

HashTable

实现Map接口，继承了Dictionary。HashTable采用”拉链法”实现哈希表，它定义了几个重要的参数：table、count、threshold、loadFactor、modCount。

table：为一个Entry[]数组类型，Entry代表了“拉链”的节点，每一个Entry代表了一个键值对，哈希表的”key-value键值对”都是存储在Entry数组中的。

count：HashTable的大小，注意这个大小并不是HashTable的容器大小，而是他所包含Entry键值对的数量。

threshold：Hashtable的阈值，用于判断是否需要调整Hashtable的容量。threshold的值=”容量*加载因子”。

loadFactor：加载因子。

modCount：用来实现“fail-fast”机制的（也就是快速失败）。所谓快速失败就是在并发集合中，其进行迭代操作时，若有其他线程对其进行结构性的修改，这时迭代器会立马感知到，并且立即抛出ConcurrentModificationException异常，而不是等到迭代完成之后才告诉你（你已经出错了）。

HashTable与HashMap的区别

第一： 我们从他们的定义就可以看出他们的不同，HashTable基于Dictionary类，而HashMap是基于AbstractMap。Dictionary是什么？它是任何可将键映射到相应值的类的抽象父类，而AbstractMap是基于Map接口的骨干实现，它以最大限度地减少实现此接口所需的工作。
第二： HashMap可以允许存在一个为null的key和任意个为null的value，但是HashTable中的key和value都不允许为null。
第三： Hashtable的方法是同步的，而HashMap的方法不是。