Java-List,Set,Map(八股)

List

实现方法:

ArrayList,LinkedList(两者都不保证线程安全)

底层数据结构:

ArrayList底层使用的是Object数组,LinkedList底层使用的是双向链表。

使用场景:

ArrayList适用于需要频繁访问集合元素的场景。基于数组实现,可以通过索引快速访问元素。当需要频繁访问和遍历集合元素的时候,推荐使用ArrayList。

LinkedList适用于频繁进行插入和删除操作的场景。它基于链表实现,插入和删除元素的操作是需要频繁调整节点的指针,因此在插入和删除操作上具有较高的性能。

ArrayList的扩容机制:
扩容的前置核心前提:

ArrayList底层是基于定长数组实现的,内部维护了一个核心的数组属性elementData,所有元素都存放在这个数组中,这个数组的长度就是ArrayList当前的容量。扩容的本质就是解决数组长度不可变的问题,当数组存满的时候,创建新的更大的数组,把原数组元素复制过去,从而实现容量的增长。

初始化容量规则:

初始化时,底层数组elementData赋值为一个空数组,只有在第一次调用add()方法时,容量扩充为10。

触发机制:

当前元素个数+待添加元素个数 > 底层数组的容量。

扩容规则:

默认1.5倍扩容。

扩容本质:

调用Arrays.copyOf()创建新数组,拷贝原数组元素,重新赋值引用。

Set

实现方法:

HashSet

HashSet的实现原理:

HashSet基于HashMap实现的,HashSet底层使用HashMap来保存所有元素,相关HashSet的操作,基本上都是调用底层HashMap相关方法来完成。

Map

实现方法:

HashMap,HashTable,ConcurrentHashMap(后面两个线程安全)

HashMap底层实现原理:

HashMap底层数据结构在Java8之前是数组+链表的形式,在Java8之后是数组+链表+红黑树的形式。

初始化和扩容机制:

当创建时默认长度为0,调用put方法长度会扩容为16,当我们里面的元素个数/总容量超过默认负载因子0.75时就会进行扩容,每次扩容2倍。

扩容规则:

添加后当链表长度大于8且数组容量大于等于64时则将链表转为红黑树,追加完毕或转为红黑树如果数组内的元素个数大于数组长度*负载因子则进行扩容。

添加元素过程:

当添加对象是首先会对key进行hashCode()运算,再调用HashMap的hash()方法进行二次哈希,计算出桶下标,如果当前下标内容为空直接添加,不为空时则判断key的hashCode()是否一致,如果不一致就向后找,直到下标为空时添加,如果一致则进行equals运算判断内容是否相同,相同则将value进行替换。

索引下标的计算方法:

JDK1.8之前:取模数组长度。

JDK1.8之后:与当前容量-1进行位运算&

ConcurrentHashMap和HashTable:

底层数据结构:JDK1.7的ConcurrentHashMap底层采用分段的数组+链表实现,JDK1.8采用的数据结构跟HashMap1.8的结构一样,数组+链表/红黑树。HashTable和JDK1.8之前的HashMap的底层数据结构类似都是采用数组+链表的形式,数组是HashMap的主体,链表则是主要为了解决哈希冲突存在的。

实现线程安全的方法:

在JDK1.7的时候,ConcurrentHashMap对整个桶数组进行了分割分段(Segment,分段所),每一把锁只能锁其中一部分数据,多线程访问容器里不同数据段的数据,就不会存在锁竞争,提高并发访问率。

到了JDK1.8的时候,用Node数组+链表+红黑树的数据结构来实现,并发控制使用synchronized和CAS来操作。

Hashtable(同一把锁):使用synchronized来保证线程安全。当一个线程访问同步方法时,其他线程也访问同步方法,可能会进入阻塞或轮询状态。

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