Java集合 - 技术栈

容器主要包括 Collection 和 Map 两种，Collection 存储着对象的集合，而 Map 存储着键值对(两个对象)的映射表。@立刀旁

[# 2.1 Collection](# 2.1 Collection)

[# 集合有哪些类？](# 集合有哪些类？)

[# ArrayList的底层？](# ArrayList的底层？)

[# ArrayList自动扩容？](# ArrayList自动扩容？)

[# ArrayList的Fail-Fast机制？](# ArrayList的Fail-Fast机制？)

[# 2.2 Map](# 2.2 Map)

[# Map有哪些类？](# Map有哪些类？)

[# JDK7 HashMap如何实现？](# JDK7 HashMap如何实现？)

[# JDK8 HashMap如何实现？](# JDK8 HashMap如何实现？)

[# HashSet是如何实现的？](# HashSet是如何实现的？)

[# 什么是WeakHashMap?](# 什么是WeakHashMap?)

[#](# 2.1 Collection) 2.1 Collection

[#](# 集合有哪些类？) 集合有哪些类？

Set
- TreeSet 基于红黑树实现，支持有序性操作，例如根据一个范围查找元素的操作。但是查找效率不如 HashSet，HashSet 查找的时间复杂度为 O(1)，TreeSet 则为 O(logN)。
- HashSet 基于哈希表实现，支持快速查找，但不支持有序性操作。并且失去了元素的插入顺序信息，也就是说使用 Iterator 遍历 HashSet 得到的结果是不确定的。
- LinkedHashSet 具有 HashSet 的查找效率，且内部使用双向链表维护元素的插入顺序。
List
- ArrayList 基于动态数组实现，支持随机访问。
- Vector 和 ArrayList 类似，但它是线程安全的。
- LinkedList 基于双向链表实现，只能顺序访问，但是可以快速地在链表中间插入和删除元素。不仅如此，LinkedList 还可以用作栈、队列和双向队列。
Queue
- LinkedList 可以用它来实现双向队列。
- PriorityQueue 基于堆结构实现，可以用它来实现优先队列。

[#](# ArrayList的底层？) ArrayList的底层？

ArrayList 实现了List 接口，是顺序容器，即元素存放的数据与放进去的顺序相同，允许放入null元素，底层通过数组实现 。除该类未实现同步外，其余跟Vector 大致相同。每个ArrayList都有一个容量(capacity)，表示底层数组的实际大小，容器内存储元素的个数不能多于当前容量。当向容器中添加元素时，如果容量不足，容器会自动增大底层数组的大小。前面已经提过，Java泛型只是编译器提供的语法糖，所以这里的数组是一个Object数组，以便能够容纳任何类型的对象。

[#](# ArrayList自动扩容？) ArrayList自动扩容？

每当向数组中添加元素时，都要去检查添加后元素的个数是否会超出当前数组的长度，如果超出，数组将会进行扩容，以满足添加数据的需求。数组扩容通过ensureCapacity(int minCapacity)方法来实现。在实际添加大量元素前，我也可以使用ensureCapacity来手动增加ArrayList实例的容量，以减少递增式再分配的数量。

数组进行扩容时，会将老数组中的元素重新拷贝一份到新的数组中，每次数组容量的增长大约是其原容量的1.5倍。这种操作的代价是很高的，因此在实际使用时，我们应该尽量避免数组容量的扩张。当我们可预知要保存的元素的多少时，要在构造ArrayList实例时，就指定其容量，以避免数组扩容的发生。或者根据实际需求，通过调用ensureCapacity方法来手动增加ArrayList实例的容量。

[#](# ArrayList的Fail-Fast机制？) ArrayList的Fail-Fast机制？

ArrayList也采用了快速失败的机制，通过记录modCount参数来实现。在面对并发的修改时，迭代器很快就会完全失败，而不是冒着在将来某个不确定时间发生任意不确定行为的风险。

[#](# 2.2 Map) 2.2 Map

[#](# Map有哪些类？) Map有哪些类？

TreeMap 基于红黑树实现。
HashMap 1.7基于哈希表实现，1.8基于数组+链表+红黑树。
HashTable 和 HashMap 类似，但它是线程安全的，这意味着同一时刻多个线程可以同时写入 HashTable 并且不会导致数据不一致。它是遗留类，不应该去使用它。现在可以使用 ConcurrentHashMap 来支持线程安全，并且 ConcurrentHashMap 的效率会更高(1.7 ConcurrentHashMap 引入了分段锁, 1.8 引入了红黑树)。
LinkedHashMap 使用双向链表来维护元素的顺序，顺序为插入顺序或者最近最少使用(LRU)顺序。

[#](# JDK7 HashMap如何实现？) JDK7 HashMap如何实现？

哈希表有两种实现方式，一种开放地址方式(Open addressing)，另一种是冲突链表方式(Separate chaining with linked lists)。Java7 HashMap采用的是冲突链表方式。

从上图容易看出，如果选择合适的哈希函数，put()和get()方法可以在常数时间内完成。但在对HashMap 进行迭代时，需要遍历整个table以及后面跟的冲突链表。因此对于迭代比较频繁的场景，不宜将HashMap的初始大小设的过大。

有两个参数可以影响HashMap 的性能: 初始容量(inital capacity)和负载系数(load factor)。初始容量指定了初始table的大小，负载系数用来指定自动扩容的临界值。当entry的数量超过capacity*load_factor时，容器将自动扩容并重新哈希。对于插入元素较多的场景，将初始容量设大可以减少重新哈希的次数。

[#](# JDK8 HashMap如何实现？) JDK8 HashMap如何实现？

根据 Java7 HashMap 的介绍，我们知道，查找的时候，根据 hash 值我们能够快速定位到数组的具体下标，但是之后的话，需要顺着链表一个个比较下去才能找到我们需要的，时间复杂度取决于链表的长度，为 O(n)。

为了降低这部分的开销，在 Java8 中，当链表中的元素达到了 8 个时，会将链表转换为红黑树，在这些位置进行查找的时候可以降低时间复杂度为 O(logN)。

[#](# HashSet是如何实现的？) HashSet是如何实现的？

HashSet 是对HashMap 的简单包装，对HashSet 的函数调用都会转换成合适的HashMap方法

//HashSet是对HashMap的简单包装
public class HashSet<E>
{
	......
	private transient HashMap<E,Object> map;//HashSet里面有一个HashMap
    // Dummy value to associate with an Object in the backing Map
    private static final Object PRESENT = new Object();
    public HashSet() {
        map = new HashMap<>();
    }
    ......
    public boolean add(E e) {//简单的方法转换
        return map.put(e, PRESENT)==null;
    }
    ......
}

[#](# 什么是WeakHashMap?) 什么是WeakHashMap?

我们都知道Java中内存是通过GC自动管理的，GC会在程序运行过程中自动判断哪些对象是可以被回收的，并在合适的时机进行内存释放。GC判断某个对象是否可被回收的依据是，是否有有效的引用指向该对象 。如果没有有效引用指向该对象(基本意味着不存在访问该对象的方式)，那么该对象就是可回收的。这里的有效引用 并不包括弱引用 。也就是说，虽然弱引用可以用来访问对象，但进行垃圾回收时弱引用并不会被考虑在内，仅有弱引用指向的对象仍然会被GC回收。

WeakHashMap 内部是通过弱引用来管理entry的，弱引用的特性对应到 WeakHashMap 上意味着什么呢？

WeakHashMap 里的entry可能会被GC自动删除，即使程序员没有调用remove()或者clear()方法。

WeakHashMap 的这个特点特别适用于需要缓存的场景。在缓存场景下，由于内存是有限的，不能缓存所有对象；对象缓存命中可以提高系统效率，但缓存MISS也不会造成错误，因为可以通过计算重新得到。