java 数据集合类

Posted 2021-03-02 simple_孙

map相关类和其他集合类（List，Set等）的接口并不一致。map类继承自Map接口，而其他集合类继承自Collection接口，Collection接口继承自Iterable接口。凡是被Iterable接口修饰的类都是可以得到对应Iterator接口实现迭代遍历的。

遍历map

在java8之前，map类（比如hashmap）并不能实现自己的遍历，只能通过转化为Set<Entry>，Set<key>，Set<value>进行遍历。java新增了foreach的迭代方法，可以不用再转为set对象进行迭代了

        HashMap<String, String> hashMap = new HashMap<>();
        //方法一
        hashMap.forEach((key, value) -> {});
        //方法二
        for (Entry<String, String> entry : hashMap.entrySet()) {
            
        }
        //方法三，遍历key，再通过key得到对应键值
        for(String key : hashMap.keySet()) {
            
        }
        //方法四，直接遍历value
        for(String value : hashMap.values()) {
            
        }

遍历时修改集合

Collection接口的集合类在遍历的时候并不能进行删除和添加操作，否则就会报ConcurrentModificationException的异常，例如进行下面的遍历操作都会报错

        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("ele1");
        list.add("ele2");
        list.add("ele3");
        list.add("ele4");
        list.add("ele5");
        list.add("ele6");
        //遍历一报错
        list.forEach(ele -> list.remove(ele));
        //遍历二报错
        for (String entry : list) {
            list.remove(entry);
        }
        //遍历三报错
        Iterator<String> ite = list.iterator();
        while (ite.hasNext()) {
            String value = ite.next();
            list.remove(value);
        }
        //遍历四不会报错，调用迭代器的删除方法
        Iterator<String> iter = list.iterator();
        while (iter.hasNext()) {
            String value = iter.next();
            iter.remove();
        }

因此要修改还必须依赖迭代器的删除方法。

关于产生ConcurrentModificationException报错的原因，请查看下面的文章分析：

https://www.cnblogs.com/zhuyeshen/p/10956822.html

https://blog.csdn.net/tttzzztttzzz/article/details/87556048

HashMap实现

初始化

hashmap时lazy-load方式，执行构造函数时只会设置初始容量和负载系数。

负载系统默认是0.75，这是查找和插入操作的最佳平衡点，如果过高，则容易发生hash冲突，造成同一hash值对应的链表长度过长，影响查找效率；如果过低，则会造成hash过于稀疏，浪费空间。

插入操作

hashmap是在插入第一个元素时确定容量和分配空间的，初始容量并不是真实的容量，容量都是略大于初始容量的二的幂次方。这是为了减少hash冲突，这里就要说一下hashmap的hash算法。先得到key值对应的hash值，然后将hash值左移16位，然后再与容量-1进行位的异或操作.

将hash值左移16位是因为hash的低16位更容易发生hash冲突，所以要利用高16位，而容量-1对应的每个二进制位都是1。这样在计算hash值时，能够最大限度的减少hash冲突。

数据结构

主体是数组类型，元素类型是key-value的Node类型链表。hash冲突的元素都会被放置到同一个链表中，但是如果链表长度过长就会影响查找效率，因此在Java1.8中，如果链表长度大于8，就自动将链表转化为红黑树。转化为红黑树后，插入操作会有影响，涉及到树的平衡操作。

resize操作

hashmap内部有一个门限值，其值为容量乘以负载系数。当hashmap的长度超过门限值时就会执行resize。resize的长度是将当前数组的长度扩大两倍，然后每个元素重新计算hash值确定新的位置，但因为是位操作，所以新的索引位置是由原来key的有效hash值左移一位决定的。如果该位值是0，则在新数组中的索引位置不变；如果是1，则新的索引位置是原索引加上原数组长度。

Java1.8之前，多线程下对线程进行扩容的时候会造成链表的循环引用问题，造成死循环，这是因为在链表中添加新元素的时候，总是把它加在链表头部。在1.8中就改成了链表尾部，既避免了循环应用，也因为要检查链表的长度，当长度超过8时，会将链表转化为一个红黑树。但是hashmap在1.8下的多线程下还是有很多别的问题，避免使用。

ConcurrentHashMap实现

Java1.7

put加锁
通过分段加锁segment，一个hashmap里有若干个segment，每个segment里有若干个桶，桶里存放K-V形式的链表，put数据时通过key哈希得到该元素要添加到的segment，然后对segment进行加锁，然后在哈希，计算得到给元素要添加到的桶，然后遍历桶中的链表，替换或新增节点到桶中
size
分段计算两次，两次结果相同则返回，否则对所以段加锁重新计算

 

Java1.8

put

CAS 加锁
1.8中不依赖与segment加锁，segment数量与桶数量一致；
首先判断容器是否为空，为空则进行初始化利用volatile的sizeCtl作为互斥手段，如果发现竞争性的初始化，就暂停在那里，等待条件恢复，否则利用CAS设置排他标志（U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)）;否则重试
对key hash计算得到该key存放的桶位置，判断该桶是否为空，为空则利用CAS设置新节点
否则使用synchronize加锁，遍历桶中数据，替换或新增加点到桶中
最后判断是否需要转为红黑树，转换之前判断是否需要扩容

size
利用LongAdd累加计算

上面的集合对象都不支持在直接遍历元素时，进行添加和删除操作，但是ConcurrentHashMap可以在遍历时进行更新操作。但并不能保证实时更新，本次遍历添加的元素可能不会在本次遍历出来，只能在下次才能遍历出来。详细说明如下：

https://www.cnblogs.com/williamjie/p/9099861.html

https://www.jianshu.com/p/d10256f0ebea

https://www.cnblogs.com/zhuawang/p/4779649.html

https://www.cnblogs.com/heqiyoujing/p/10928423.html

https://blog.csdn.net/killalllsd/article/details/83607945