Java容器（List、Set、Map）知识点快速复习手册

古城微笑少年丶 2022-04-23 01:04 179阅读 0赞

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxeHg2NjYx_size_16_color_FFFFFF_t_70]

# 前言 #

本文快速回顾了Java中容器的知识点，用作面试复习，事半功倍。

## 其它知识点复习手册 ##

*  [Java基础知识点面试手册][Java]
 *  [快速梳理23种常用的设计模式][23]
 *  [Redis基础知识点面试手册][Redis]

# 概览 #

容器主要包括 Collection 和 Map 两种，Collection 又包含了 List、Set 以及 Queue。

## Collection ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxeHg2NjYx_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxeHg2NjYx_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

**数组和集合的区别:**

*  长度
    
     *  数组的长度固定
     *  集合的长度可变
 *  内容
    
     *  数组存储的是同一种类型的元素
     *  集合可以存储不同类型的元素(但是一般我们不这样干…)
 *  元素的数据类型
    
     *  数组可以存储**基本数据类型**,也可以存储**引用类型**
     *  **集合只能存储引用类型**(若存储的是简单的int，它会自动装箱成Integer)

### 1. Set（元素不可重复） ###

*  HashSet：基于HashMap实现，支持快速查找，**但不支持有序性操作**。
 *  TreeSet：**基于红黑树实现，支持有序性操作**，但是查找效率不如 HashSet，**HashSet 查找时间复杂度为 O(1)，TreeSet 则为 O(logN)；**
 *  LinkedHashSet：具有 HashSet 的查找效率，**且内部使用链表维护元素的插入顺序**。

### 2. List（有序(存储顺序和取出顺序一致)，可重复） ###

*  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。

### 3. Queue ###

*  LinkedList：可以用它来支持双向队列；
 *  PriorityQueue：基于堆结构实现，可以用它来实现优先队列。

## Map ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxeHg2NjYx_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

*  HashMap：基于哈希实现；
 *  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**。
 *  ConcurrentHashMap：支持线程安全，并且 ConcurrentHashMap 的效率会更高，因为 ConcurrentHashMap 引入了分段锁。
 *  LinkedHashMap：**使用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。**
 *  TreeMap：基于红黑树实现。

## Fail-Fast 机制和 Fail-Safe 机制 ##

[https://blog.csdn.net/Kato\_op/article/details/80356618][https_blog.csdn.net_Kato_op_article_details_80356618]

### Fail-Fast ###

Fail-fast 机制是 java 集合(Collection)中的一种错误机制。 当多个线程对同一个集合的内容进行操作时，就可能会产生 fail-fast 事件。

*  迭代器在遍历时直接访问集合中的内容,并且在遍历过程中使用一个modCount变量,
 *  集合中在被遍历期间如果内容发生变化(**增删改**),就会改变modCount的值,
 *  每当迭代器使用 hashNext()/next()遍历下一个元素之前,都会执行checkForComodification()方法检测，modCount变量和expectedmodCount值是否相等,
 *  如果相等就返回遍历,否则抛出异常,终止遍历.

**注意**，如果集合发生变化时修改modCount值, 刚好有设置为了expectedmodCount值, 则异常不会抛出.(比如删除了数据,再添加一条数据)

**所以，一般来说，存在非同步的并发修改时，不可能作出任何坚决的保证。**

迭代器的快速失败行为**应该仅用于检测程序错误, 而不是用他来同步。**

**java.util包下的集合类都是Fail-Fast机制的,不能在多线程下发生并发修改(迭代过程中被修改).**

### Fail-Safe ###

采用安全失败（Fail-Safe）机制的集合容器,在遍历时不是直接在集合内容上访问的，**而是先copy原有集合内容,在拷贝的集合上进行遍历**。

**原理:**

由于迭代时是对原集合的拷贝的值进行遍历,所以在遍历过程中对原集合所作的修改并不能被迭代器检测到,所以不会出发ConcurrentModificationException

**缺点:**

**迭代器并不能访问到修改后的内容**(简单来说就是, 迭代器遍历的是开始遍历那一刻拿到的集合拷贝,在遍历期间原集合发生的修改迭代器是不知道的)

**使用场景:**

**java.util.concurrent包下的容器都是Fail-Safe的,可以在多线程下并发使用,并发修改**

# 容器中使用的设计模式 #

## 迭代器模式 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxeHg2NjYx_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

*  Iterator它是在ArrayList等集合的内部类的方式实现

Collection 实现了 Iterable 接口，其中的 iterator() 方法能够产生一个 Iterator 对象，通过这个对象就可以迭代遍历 Collection 中的元素。

从 JDK 1.5 之后可以使用 foreach 方法来遍历实现了 Iterable 接口的聚合对象。

List<String> list = new ArrayList<>();
    list.add("a");
    list.add("b");
    for (String item : list) {
        
        System.out.println(item);
    }

## 适配器模式 ##

适配器模式解释：[https://www.jianshu.com/p/93821721bf08][https_www.jianshu.com_p_93821721bf08]

java.util.Arrays\#asList() 可以把数组类型转换为 List 类型。

@SafeVarargs
    public static <T> List<T> asList(T... a)

如果要将数组类型转换为 List 类型，应该注意的是 asList() 的参数为泛型的变长参数，因此不能使用基本类型数组作为参数，**只能使用相应的包装类型数组。**

Integer[] arr = {
        1, 2, 3};
    List list = Arrays.asList(arr);

也可以使用以下方式生成 List。

List list = Arrays.asList(1,2,3);

# 源码分析 #

## ArrayList ##

### 关键词 ###

*  默认大小为 10
 *  扩容 1.5 倍，加载因子为 0.5
 *  基于动态数组实现
 *  删除元素时不会减少容量，若希望减少容量则调用trimToSize()
 *  它不是线程安全的
 *  它能存放null值。
 *  扩容操作需要调用 Arrays.copyOf() 把原数组整个复制到新数组
 *  删除需要调用 System.arraycopy() 将 index+1 后面的元素都复制到 index 位置上，复制的代价很高。  
    \-序列化：只序列化数组中有元素填充那部分内容

### 概览 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxeHg2NjYx_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

实现了 RandomAccess 接口，因此支持随机访问。这是理所当然的，因为 ArrayList 是基于数组实现的。

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
            implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

### 扩容 ###

如果不够时，需要使用 grow() 方法进行扩容，新容量的大小为 `oldCapacity + (oldCapacity >> 1)`，也就是**旧容量的 1.5 倍。**

**扩容操作需要调用 `Arrays.copyOf()` 把原数组整个复制到新数组**中

因此最好在创建 ArrayList **对象时就指定大概的容量大小，减少扩容操作的次数。**

public boolean add(E e) {
        ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
        elementData[size++] = e;
        return true;
    }
    
    private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
        if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }
        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }
    
    private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;
        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }
    
    private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

### 加入元素：add ###

**add(E e)**

首先去检查一下数组的容量是否足够

*  足够：直接添加
 *  不足够：扩容

**扩容到原来的1.5倍，第一次扩容后，如果容量还是小于minCapacity，就将容量扩充为minCapacity。**

**add(int index, E element)**

步骤：

*  检查角标
 *  空间检查，如果有需要进行扩容
 *  插入元素

### 删除元素：remove ###

步骤：

*  检查角标
 *  删除元素
 *  计算出需要移动的个数，并移动
 *  设置为null，让GC回收（所以说不是立刻回收，而是等待GC回收）

public E remove(int index) {
        rangeCheck(index);
        modCount++;
        E oldValue = elementData(index);
        int numMoved = size - index - 1;
        if (numMoved > 0)
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
        return oldValue;
    }

需要调用 System.arraycopy() 将 index+1 后面的元素都复制到 index 位置上，**复制的代价很高。**

### 复制数组：System.arraycopy() ###

看到arraycopy()，我们可以发现：该方法是由C/C++来编写的

![在这里插入图片描述][20190122192005438.png]

### Fail-Fast ###

modCount 用来记录 ArrayList 结构发生变化的次数。结构发生变化是指添加或者删除至少一个元素的所有操作，或者是调整内部数组的大小，仅仅只是设置元素的值不算结构发生变化。

在进行序列化或者迭代等操作时，需要比较操作前后 modCount 是否改变，如果改变了需要抛出 ConcurrentModificationException。

private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
        throws java.io.IOException{
        
        // Write out element count, and any hidden stuff
        int expectedModCount = modCount;
        s.defaultWriteObject();
    
        // Write out size as capacity for behavioural compatibility with clone()
        s.writeInt(size);
    
        // Write out all elements in the proper order.
        for (int i=0; i<size; i++) {
        
            s.writeObject(elementData[i]);
        }
    
        if (modCount != expectedModCount) {
        
            throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }

### 构造器 ###

ArrayList 提供了三种方式的构造器：

*  public ArrayList()可以构造一个默认初始容量为10的空列表；
 *  public ArrayList(int initialCapacity)构造一个指定初始容量的空列表；
 *  public ArrayList(Collection<? extends E> c)构造一个包含指定 collection 的元素的列表，这些元素按照该collection的迭代器返回它们的顺序排列的。

### 序列化 ###

**补充：transient讲解**

[http://www.importnew.com/21517.html][http_www.importnew.com_21517.html]

> 你只需要实现Serilizable接口，将不需要序列化的属性前添加关键字transient，序列化对象的时候，这个属性就不会序列化到指定的目的地中。

ArrayList 基于数组实现，并且具有动态扩容特性，因此保存元素的数组不一定都会被使用，那么就没必要全部进行序列化。

保存元素的数组 elementData 使用 transient 修饰，**该关键字声明数组默认不会被序列化**。

transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

ArrayList 实现了 writeObject() 和 readObject() **来控制只序列化数组中有元素填充那部分内容**。

private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
        throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
        
        elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    
        // Read in size, and any hidden stuff
        s.defaultReadObject();
    
        // Read in capacity
        s.readInt(); // ignored
    
        if (size > 0) {
        
            // be like clone(), allocate array based upon size not capacity
            ensureCapacityInternal(size);
    
            Object[] a = elementData;
            // Read in all elements in the proper order.
            for (int i=0; i<size; i++) {
        
                a[i] = s.readObject();
            }
        }
    }

序列化时需要使用 ObjectOutputStream 的 writeObject() 将对象转换为字节流并输出。**而 writeObject() 方法在传入的对象存在 writeObject() 的时候会去反射调用该对象的 writeObject() 来实现序列化**。反序列化使用的是 ObjectInputStream 的 readObject() 方法，原理类似。

ArrayList list = new ArrayList();
    ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(file));
    oos.writeObject(list);

## Vector ##

### 关键词 ###

*  默认大小为 10（与Arraylist相同）
 *  扩容 2 倍，加载因子是 1（Arraylist是扩容 1.5 倍，加载因子为 0.5）
 *  其它几乎与ArrayList完全相同，唯一的区别在于 Vector 是同步的，因此开销就比 ArrayList 要大，访问速度更慢。
 *  使用了 synchronized 进行同步
 *  Vector是jdk1.2的类了，比较老旧的一个集合类。应使用JUC的CopyOnWriteArrayList代替

### 替代方案 ###

可以使用 `Collections.synchronizedList();` 得到一个线程安全的 ArrayList。

List<String> list = new ArrayList<>();
    List<String> synList = Collections.synchronizedList(list);

也可以使用 concurrent 并发包下的 CopyOnWriteArrayList 类。

List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();

## CopyOnWriteArrayList ##

### 关键词 ###

*  写操作在一个复制的数组上进行，读操作还是在原始数组中进行，读写分离，互不影响。
 *  写操作需要加锁，防止并发写入时导致写入数据丢失。
 *  写操作结束之后需要把原始数组指向新的复制数组。
 *  **适用于读操作远大于写操作的场景。**

### 读写分离 ###

public boolean add(E e) {
        
        final ReentrantLock lock = this.lock;
        lock.lock();
        try {
        
            Object[] elements = getArray();
            int len = elements.length;
            Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
            newElements[len] = e;
            setArray(newElements);
            return true;
        } finally {
        
            lock.unlock();
        }
    }
    
    final void setArray(Object[] a) {
        
        array = a;
    }

@SuppressWarnings("unchecked")
    private E get(Object[] a, int index) {
        
        return (E) a[index];
    }

### 适用场景 ###

CopyOnWriteArrayList 在写操作的同时允许读操作，大大提高了读操作的性能，因此很适合读多写少的应用场景。

### 缺陷 ###

*  内存占用：在写操作时需要复制一个新的数组，**使得内存占用为原来的两倍左右；**
 *  数据不一致：**读操作不能读取实时性的数据，因为部分写操作的数据还未同步到读数组中**。

所以 CopyOnWriteArrayList **不适合内存敏感以及对实时性要求很高的场景。**

## LinkedList ##

### 关键词 ###

*  **双向**链表
 *  默认大小为 10
 *  带 Head 和 Tail 指针
 *  Node 存储节点信息

### 概览 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxeHg2NjYx_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]

基于双向链表实现，内部使用 Node 来存储链表节点信息。

private static class Node<E> {
        
        E item;
        Node<E> next;
        Node<E> prev;
    }

每个链表存储了 Head 和 Tail 指针：

transient Node<E> first;
    transient Node<E> last;

![在这里插入图片描述][20190122192035923.png]

### ArrayList 与 LinkedList 比较 ###

*  ArrayList 基于**动态数组**实现，LinkedList 基于**双向链表**实现；
 *  **ArrayList 支持随机访问，LinkedList 不支持；**
 *  **LinkedList 在任意位置添加删除元素更快。**

### 删除元素：remove ###

![在这里插入图片描述][2019012219204374.png]

### 获取元素：get ###

*  下标小于长度的一半，从头遍历
 *  反之，从尾部遍历

### 替换元素：set ###

set方法和get方法其实差不多，根据下标来判断是从头遍历还是从尾遍历

### 其他方法 ###

**LinkedList实现了Deque接口，因此，我们可以操作LinkedList像操作队列和栈一样**

LinkedList的方法比ArrayList的方法多太多了，这里我就不一一说明了。具体可参考：

*  [https://blog.csdn.net/panweiwei1994/article/details/77110354][https_blog.csdn.net_panweiwei1994_article_details_77110354]
 *  [https://zhuanlan.zhihu.com/p/24730576][https_zhuanlan.zhihu.com_p_24730576]
 *  [https://zhuanlan.zhihu.com/p/28373321][https_zhuanlan.zhihu.com_p_28373321]

## HashMap ##

[http://wiki.jikexueyuan.com/project/java-collection/hashmap.html][http_wiki.jikexueyuan.com_project_java-collection_hashmap.html]

源码分析：[https://segmentfault.com/a/1190000014293372][https_segmentfault.com_a_1190000014293372]

### 关键词 ###

*  初始容量16
 *  扩容是2倍，加载因子0.75
 *  头插法
 *  0桶存放null
 *  从 JDK 1.8 开始，一个桶存储的链表长度大于 8 时会将链表转换为红黑树（前提：键值对要超过64个）
 *  自动地将传入的**容量转换为2的幂次方**
    
     *  **保证运算速度**：确保**用位运算代替模运算**来计算桶下标。hash& (length-1)运算等价于对 length 取模。
     *  **hash均匀分布**：数据在数组上分布就比较均匀，并且能够利用全部二进制位，也就是说**碰撞的几率小**，
 *  table数组+Entry<K,V>\[\]链表（散列表），红黑树
 *  扩容操作需要把键值对重新插入新的 table 中，**重新计算所有key有特殊机制（JDK1.8后）**

### 存储结构 ###

hashMap的一个内部类Node：

static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
            final int hash;
            final K key;
            V value;
            Node<K,V> next; //链表结构，存储下一个元素

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxeHg2NjYx_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]

Node内部包含了一个 Entry 类型的数组table，数组中的每个位置被当成一个桶。

transient Entry[] table;

Entry 存储着键值对。它包含了四个字段，从 next 字段我们可以看出 Entry 是一个链表。即数组中的每个位置被当成一个桶，一个桶存放一个链表。

HashMap 使用拉链法来解决冲突，同一个链表中存放哈希值相同的 Entry。

static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        
        final K key;
        V value;
        Entry<K,V> next;
        int hash;
    
        Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
        
            value = v;
            next = n;
            key = k;
            hash = h;
        }
    
        public final K getKey() {
        
            return key;
        }
    
        public final V getValue() {
        
            return value;
        }
    
        public final V setValue(V newValue) {
        
            V oldValue = value;
            value = newValue;
            return oldValue;
        }
    
        public final boolean equals(Object o) {
        
            if (!(o instanceof Map.Entry))
                return false;
            Map.Entry e = (Map.Entry)o;
            Object k1 = getKey();
            Object k2 = e.getKey();
            if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) {
        
                Object v1 = getValue();
                Object v2 = e.getValue();
                if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2)))
                    return true;
            }
            return false;
        }
    
        public final int hashCode() {
        
            return Objects.hashCode(getKey()) ^ Objects.hashCode(getValue());
        }
    
        public final String toString() {
        
            return getKey() + "=" + getValue();
        }
    }

### 构造器 ###

![在这里插入图片描述][20190122192106584.png]

构造时就会调用tableSizeFor()：返回一个大于输入参数且最近的2的整数次幂。

static final int tableSizeFor(int cap) {
        
        int n = cap - 1;
        n |= n >>> 1;
        n |= n >>> 2;
        n |= n >>> 4;
        n |= n >>> 8;
        n |= n >>> 16;
        return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
    }

### 拉链法 ###

应该注意到链表的插入是以**头插法**方式进行的

HashMap<String, String> map = new HashMap<>();
    map.put("K1", "V1");
    map.put("K2", "V2");
    map.put("K3", "V3");

*  新建一个 HashMap，默认大小为 16；
 *  插入 <K1,V1> 键值对，先计算 K1 的 hashCode 为 115，使用除留余数法得到所在的桶下标 115%16=3。
 *  插入 <K2,V2> 键值对，先计算 K2 的 hashCode 为 118，使用除留余数法得到所在的桶下标 118%16=6。
 *  插入 <K3,V3> 键值对，先计算 K3 的 hashCode 为 118，使用除留余数法得到所在的桶下标 118%16=6，插在 <K2,V2> 前面。

查找需要分成两步进行：

*  计算键值对所在的桶；
 *  在链表上顺序查找，时间复杂度显然和链表的长度成正比。

### put 操作 ###

*  当我们 put 的时候，如果 key 存在了，那么新的 value 会代替旧的 value
 *  如果 key **存在的情况下，该方法返回的是旧的 value，**
 *  如果 key **不存在，那么返回 null。**

public V put(K key, V value) {
        
        if (table == EMPTY_TABLE) {
        
            inflateTable(threshold);
        }
        // 键为 null 单独处理
        if (key == null)
            return putForNullKey(value);
        int hash = hash(key);
        // 确定桶下标
        int i = indexFor(hash, table.length);
        // 先找出是否已经存在键为 key 的键值对，如果存在的话就更新这个键值对的值为 value
        for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
        
            Object k;
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
        
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;
            }
        }
    
        modCount++;
        // 插入新键值对
        addEntry(hash, key, value, i);
        return null;
    }

HashMap 允许插入键为 null 的键值对。但是因为无法调用 null 的 hashCode() 方法，也就无法确定该键值对的桶下标，只能通过强制指定一个桶下标来存放。HashMap 使用第 0 个桶存放键为 null 的键值对。

private V putForNullKey(V value) {
        
        for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
        
            if (e.key == null) {
        
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;
            }
        }
        modCount++;
        addEntry(0, null, value, 0);
        return null;
    }

使用链表的头插法，也就是新的键值对插在链表的头部，而不是链表的尾部。

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        
        if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
        
            resize(2 * table.length);
            hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
            bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
        }
    
        createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
    }
    
    void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        
        Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
        // 头插法，链表头部指向新的键值对
        table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
        size++;
    }

Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
        
        value = v;
        next = n;
        key = k;
        hash = h;
    }

#### 补充：hashmap里hash方法的高位优化： ####

[https://www.cnblogs.com/liujinhong/p/6576543.html][https_www.cnblogs.com_liujinhong_p_6576543.html]

[https://note.youdao.com/yws/res/18743/50AADC7BB42845B29CDA293FC409250C?ynotemdtimestamp=1548155508277][https_note.youdao.com_yws_res_18743_50AADC7BB42845B29CDA293FC409250C_ynotemdtimestamp_1548155508277]

设计者将key的哈希值的高位也做了运算(**与高16位做异或运算，使得在做&运算时，此时的低位实际上是高位与低位的结合**)，这就增加了随机性，减少了碰撞冲突的可能性！

**为何要这么做？**

**table的长度都是2的幂，因此index仅与hash值的低n位有关，hash值的高位都被与操作置为0了。**

这样做很容易产生碰撞。**设计者权衡了speed, utility, and quality，将高16位与低16位异或来减少这种影响**。设计者考虑到现在的hashCode分布的已经很不错了，而且当发生较大碰撞时也用树形存储降低了冲突。仅仅异或一下，既减少了系统的开销，也不会造成的因为高位没有参与下标的计算(table长度比较小时)，从而引起的碰撞。

### 确定桶下标 ###

很多操作都需要先确定一个键值对所在的桶下标。

int hash = hash(key);
    int i = indexFor(hash, table.length);

**4.1 计算 hash 值**

final int hash(Object k) {
        
        int h = hashSeed;
        if (0 != h && k instanceof String) {
        
            return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);
        }
    
        h ^= k.hashCode();
    
        // This function ensures that hashCodes that differ only by
        // constant multiples at each bit position have a bounded
        // number of collisions (approximately 8 at default load factor).
        h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
        return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
    }

public final int hashCode() {
        
        return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);
    }

**4.2 取模**

令 x = 1<<\\4，即 \\x 为 2 的 4 次方，它具有以下性质：

x   : 00010000
    x-1 : 00001111

令一个数 y 与 x-1 做与运算，可以去除 y 位级表示的第 4 位以上数：

y       : 10110010
    x-1     : 00001111
    y&(x-1) : 00000010

这个性质和 y 对 x 取模效果是一样的：

y   : 10110010
    x   : 00010000
    y%x : 00000010

我们知道，位运算的代价比求模运算小的多，因此在进行这种计算时用位运算的话能带来更高的性能。

确定桶下标的最后一步是将 key 的 hash 值对桶个数取模：hash%capacity，如果能保证 capacity 为 2 的 n 次方，那么就可以将这个操作转换为位运算。

static int indexFor(int h, int length) {
        
        return h & (length-1);
    }

**当 length 总是 2 的 n 次方时，h& (length-1)运算等价于对 length 取模，也就是 h%length**，但是 & 比 % 具有更高的效率。这看上去很简单，其实比较有玄机的，我们举个例子来说明：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>h &amp; (table.length-1)</th> 
   <th>hash</th> 
   <th></th> 
   <th>table.length-1</th> 
   <th></th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>8 &amp; (15-1)：</td> 
   <td>0100</td> 
   <td>&amp;</td> 
   <td>1110</td> 
   <td>= 0100</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>9 &amp; (15-1)：</td> 
   <td>0101</td> 
   <td>&amp;</td> 
   <td>1110</td> 
   <td>= 0100</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>8 &amp; (16-1)：</td> 
   <td>0100</td> 
   <td>&amp;</td> 
   <td>1111</td> 
   <td>= 0100</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>9 &amp; (16-1)：</td> 
   <td>0101</td> 
   <td>&amp;</td> 
   <td>1111</td> 
   <td>= 0101</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

*  从上面的例子中可以看出：当它们和 15-1（1110）“与”的时候，**8 和 9产生了相同的结果**，也就是说它们会定位到数组中的同一个位置上去，这就**产生了碰撞**，8 和 9 会被放到数组中的同一个位置上形成链表，那么查询的时候就需要遍历这个链 表，得到8或者9，这样就降低了查询的效率。
 *  同时，我们也可以发现，当数组长度为 15 的时候，hash 值会与 15-1（1110）进行“与”，那么最后一位永远是 0，而 0001，0011，0101，1001，1011，0111，1101 **这几个位置永远都不能存放元素了**，**空间浪费相当大**，数组可以使用的位置比数组长度小了很多，这意味着进一步增加了碰撞的几率。
 *  而当数组长度为16时，即为2的n次方时，2n-1 得到的二进制数的每个位上的值都为 1，**这使得在低位上&时，得到的和原 hash 的低位相同**，加之 **hash(int h)方法对 key 的 hashCode 的进一步优化**，加入了高位计算，就使得只有相同的 hash 值的两个值才会被放到数组中的同一个位置上形成链表。

所以说，当数组长度为 2 的 n 次幂的时候，**不同的 key 算得得 index 相同的几率较小，那么数据在数组上分布就比较均匀，也就是说碰撞的几率小**

### 扩容-基本原理 ###

设 HashMap 的 table 长度为 M，需要存储的键值对数量为 N，如果哈希函数满足均匀性的要求，那么每条链表的长度大约为 N/M，因此平均查找次数的复杂度为 O(N/M)。

为了让查找的成本降低，应该尽可能使得 N/M 尽可能小，因此需要保证 M 尽可能大，也就是说 table 要尽可能大。HashMap 采用动态扩容来根据当前的 N 值来调整 M 值，使得空间效率和时间效率都能得到保证。

和扩容相关的参数主要有：capacity、size、threshold 和 load\_factor。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="center">参数</th> 
   <th align="left">含义</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="center">capacity</td> 
   <td align="left">table 的容量大小，默认为 16。需要注意的是 capacity 必须保证为 2 的 n 次方。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">size</td> 
   <td align="left">键值对数量。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">threshold</td> 
   <td align="left">size 的临界值，当 size 大于等于 threshold 就必须进行扩容操作。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">loadFactor</td> 
   <td align="left">装载因子，table 能够使用的比例，threshold = capacity * loadFactor。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
    
    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
    
    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
    
    transient Entry[] table;
    
    transient int size;
    
    int threshold;
    
    final float loadFactor;
    
    transient int modCount;

从下面的添加元素代码中可以看出，当需要扩容时，令 capacity 为原来的两倍。

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        
        Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
        table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
        if (size++ >= threshold)
            resize(2 * table.length);
    }

扩容使用 resize() 实现，需要注意的是，扩容操作同样需要把 oldTable 的所有键值对重新插入 newTable 中，因此这一步是很费时的。

void resize(int newCapacity) {
        
        Entry[] oldTable = table;
        int oldCapacity = oldTable.length;
        if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
        
            threshold = Integer.MAX_VALUE;
            return;
        }
        Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
        transfer(newTable);
        table = newTable;
        threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
    }
    
    void transfer(Entry[] newTable) {
        
        Entry[] src = table;
        int newCapacity = newTable.length;
        for (int j = 0; j < src.length; j++) {
        
            Entry<K,V> e = src[j];
            if (e != null) {
        
                src[j] = null;
                do {
        
                    Entry<K,V> next = e.next;
                    int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
                    e.next = newTable[i];
                    newTable[i] = e;
                    e = next;
                } while (e != null);
            }
        }
    }

### 扩容-重新计算桶下标 ###

Rehash优化：[https://my.oschina.net/u/3568600/blog/1933764][https_my.oschina.net_u_3568600_blog_1933764]

**在进行扩容时，需要把键值对重新放到对应的桶上。HashMap 使用了一个特殊的机制，可以降低重新计算桶下标的操作。**

假设原数组长度 capacity 为 16，扩容之后 new capacity 为 32：

capacity     : 00010000
    new capacity : 00100000

对于一个 Key，

*  它的哈希值如果在第 5 位上为 0，那么取模得到的结果和之前一样；
 *  如果为 1，那么得到的结果为原来的结果 +16。

**总结：**

经过rehash之后，元素的位置要么是在原位置，要么是在原位置再移动2次幂的位置

因此，我们在扩充HashMap的时候，不需要像JDK1.7的实现那样重新计算hash，只需要看看原来的hash值新增的那个bit是1还是0就好了，是0的话索引没变，是1的话索引变成“原索引+oldCap”，可以看看下图为16扩充为32的resize示意图：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxeHg2NjYx_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]

### 计算数组容量 ###

HashMap 构造函数允许用户传入的容量不是 2 的 n 次方，因为它可以自动地将传入的容量转换为 2 的 n 次方。

先考虑如何求一个数的掩码，对于 10010000，它的掩码为 11111111，可以使用以下方法得到：

mask |= mask >> 1    11011000
    mask |= mask >> 2    11111110
    mask |= mask >> 4    11111111

mask+1 是大于原始数字的最小的 2 的 n 次方。

num     10010000
    mask+1 100000000

以下是 HashMap 中计算数组容量的代码：

### 链表转红黑树 ###

**并不是桶子上有8位元素的时候它就能变成红黑树，它得同时满足我们的键值对大于64才行的**

这是为了避免在哈希表建立初期，多个键值对恰好被放入了同一个链表中而导致不必要的转化。

## HashTable ##

### 关键词： ###

*  Hashtable的迭代器不是 fail-fast，HashMap 的迭代器是 fail-fast 迭代器。
 *  Hashtable 的 key 和 value 都不允许为 null，HashMap 可以插入键为 null 的 Entry。
 *  HashTable 使用 synchronized 来进行同步。
 *  基于 Dictionary 类（遗留类）
 *  HashMap 不能保证随着时间的推移 Map 中的元素次序是不变的。

### HashMap 与 HashTable ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxeHg2NjYx_size_16_color_FFFFFF_t_70 9]

*  HashTable 基于 Dictionary 类（遗留类），而 HashMap 是基于 AbstractMap。
    
     *  Dictionary 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接口的实现**，它以最大限度地减少实现此接口所需的工作。
 *  HashMap 的 key 和 value 都允许为 null，**而 Hashtable 的 key 和 value 都不允许为 null**
 *  HashMap 的迭代器是 fail-fast 迭代器，**而 Hashtable 的 enumerator 迭代器不是 fail-fast 的。**
 *  由于 Hashtable 是线程安全的也是 synchronized，**所以在单线程环境下它比 HashMap 要慢。**
 *  Hashtable 中的几乎所有的 public 的方法都是synchronized的，而有些方法也是在内部通过 synchronized 代码块来实现。
    
     *  但是在 Collections 类中存在一个静态方法：synchronizedMap()，该方法创建了一个线程安全的 Map 对象，并把它作为一个封装的对象来返回。
     *  **也可以使用 ConcurrentHashMap，它是 HashTable 的替代，而且比 HashTable 可扩展性更好**

## ConcurrentHashMap ##

谈谈ConcurrentHashMap1.7和1.8的不同实现：

[http://www.importnew.com/23610.html][http_www.importnew.com_23610.html]

详细源码分析（还未细看）：

[https://blog.csdn.net/yan\_wenliang/article/details/51029372][https_blog.csdn.net_yan_wenliang_article_details_51029372]

[https://segmentfault.com/a/1190000014380257][https_segmentfault.com_a_1190000014380257]

**主要针对jdk1.7的实现来介绍**

### 关键词 ###

*  key和value**都不允许为null**
 *  Hashtable是**将所有的方法进行同步**，效率低下。而ConcurrentHashMap通过**部分锁定+CAS算法**来进行实现线程安全的
 *  get方法是**非阻塞，无锁的**。重写Node类，通过volatile修饰next来实现每次获取都是最新设置的值
 *  在高并发环境下，统计数据(计算size…等等)其实是无意义的，因为在下一时刻size值就变化了。
 *  实现形式不同：
    
     *  1.7：Segment + HashEntry的方式进行实现
     *  1.8：与HashMap相同（散列表（数组+链表）+红黑树）采用Node数组 + CAS + Synchronized来保证并发安全进行实现

### 存储结构 ###

#### jdk1.7 ####

jdk1.7中采用Segment + HashEntry的方式进行实现

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxeHg2NjYx_size_16_color_FFFFFF_t_70 10]

**Segment：其继承于 ReentrantLock 类，从而使得 Segment 对象可以充当锁的角色。**

Segment 中包含HashBucket的数组，其可以守护其包含的若干个桶。

static final class HashEntry<K,V> {
        
        final int hash;
        final K key;
        volatile V value;
        volatile HashEntry<K,V> next;
    }

ConcurrentHashMap采用了分段锁，**每个分段锁维护着几个桶，多个线程可以同时访问不同分段锁上的桶，从而使其并发度更高（并发度就是 Segment 的个数）。**

#### jdk1.8 ####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxeHg2NjYx_size_16_color_FFFFFF_t_70 11]

*  **JDK 1.7 使用分段锁机制**来实现并发更新操作，核心类为 Segment，它继承自重入锁 ReentrantLock，并发程度与 Segment 数量相等。
 *  **JDK 1.8 使用了 CAS 操作**来支持更高的并发度，在 CAS 操作失败时使用内置锁 synchronized。
 *  **并且 JDK 1.8 的实现也在链表过长时会转换为红黑树。**

1.8中放弃了Segment臃肿的设计，取而代之的是采用Node数组 + CAS + Synchronized来保证并发安全进行实现

### 添加元素：put ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxeHg2NjYx_size_16_color_FFFFFF_t_70 12]

只让一个线程对散列表进行初始化！

### 获取元素：get ###

从顶部注释我们可以读到，get方法是不用加锁的，是非阻塞的。

Node节点是重写的，设置了volatile关键字修饰，致使它每次获取的都是最新设置的值

### 获取大小：size ###

**每个 Segment 维护了一个 count 变量来统计该 Segment 中的键值对个数。**

**在执行 size 操作时，需要遍历所有 Segment 然后把 count 累计起来。**

ConcurrentHashMap 在执行 size操作时先尝试不加锁，如果连续两次不加锁操作得到的结果一致，那么可以认为这个结果是正确的。

尝试次数使用 RETRIES\_BEFORE\_LOCK 定义，该值为 2，retries 初始值为 -1，因此尝试次数为 3。

如果尝试的次数超过 3 次，就需要对每个 Segment 加锁。

### 删除元素：remove ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxeHg2NjYx_size_16_color_FFFFFF_t_70 13]

**为什么用这么方式删除呢，细心的同学会发现上面定义的HashEntry的key和next都是final类型的，所以不能改变next的指向，所以又复制了一份指向删除的结点的next。**

### Collections.synchronizedMap()与ConcurrentHashMap的区别 ###

参考：[https://blog.csdn.net/lanxiangru/article/details/53495854][https_blog.csdn.net_lanxiangru_article_details_53495854]

*  Collections.synchronizedMap()和Hashtable一样，实现上在调用map所有方法时，都对整个map进行同步，**而ConcurrentHashMap的实现却更加精细，它对map中的所有桶加了锁**，**同步操作精确控制到桶，所以，即使在遍历map时，其他线程试图对map进行数据修改，也不会抛出ConcurrentModificationException。**
 *  ConcurrentHashMap从类的命名就能看出，它是个HashMap。而**Collections.synchronizedMap()可以接收任意Map实例**，实现Map的同步。比如TreeMap。

### 总结 ###

ConcurrentHashMap 的高并发性主要来自于三个方面：

*  用**分离锁**实现多个线程间的更深层次的共享访问。
 *  用 **HashEntery对象的不变性**来降低执行读操作的线程在遍历链表期间对加锁的需求。
 *  通过对同一个 Volatile 变量的写 / 读访问，协调不同线程间读 / 写操作的内存可见性。

## LinkedHashMap ##

[http://wiki.jikexueyuan.com/project/java-collection/linkedhashmap.html][http_wiki.jikexueyuan.com_project_java-collection_linkedhashmap.html]

[https://segmentfault.com/a/1190000014319445][https_segmentfault.com_a_1190000014319445]

### 关键词 ###

*  允许使用 null 值和 null 键
 *  此实现**不是同步的**（linkedlist，lilnkedhashset也不是同步的）
 *  维护着一个**运行于所有条目的双向链表**。定义了迭代顺序，该迭代顺序可以是**插入顺序**或者是**访问顺序**。
 *  **初始容量对遍历没有影响**：遍历的双向链表，而不是散列表
 *  在访问顺序的情况下，使用get方法也是结构性的修改（会导致Fail-Fast）

### 概论 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxeHg2NjYx_size_16_color_FFFFFF_t_70 14]

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxeHg2NjYx_size_16_color_FFFFFF_t_70 15]

### 成员变量 ###

**该 Entry 除了保存当前对象的引用外，还保存了其上一个元素 before 和下一个元素 after的引用，从而在哈希表的基础上又构成了双向链接列表。**

/**
    * LinkedHashMap的Entry元素。
    * 继承HashMap的Entry元素，又保存了其上一个元素before和下一个元素after的引用。
     */
    static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
            Entry<K,V> before, after;
            Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
                super(hash, key, value, next);
            }
        }

### 构造器 ###

![在这里插入图片描述][20190122192238538.png]

*  通过源代码可以看出，在 LinkedHashMap 的构造方法中，实际调用了父类 HashMap 的相关构造方法来构造一个底层存放的 table 数组，但额外可以增加 accessOrder 这个参数，如果不设置
    
     *  **默认为 false，代表按照插入顺序进行迭代；**
     *  当然可以显式设置为 true，代表以访问顺序进行迭代。
 *  在构建新节点时，构建的是LinkedHashMap.Entry 不再是Node.

### 获取元素：get ###

LinkedHashMap 重写了父类 HashMap 的 get 方法，实际在调用父类 getEntry() 方法取得查找的元素后，再判断当排序模式 accessOrder 为 true 时，记录访问顺序，将最新访问的元素添加到双向链表的表头，并从原来的位置删除。

**由于的链表的增加、删除操作是常量级的，故并不会带来性能的损失。**

### 遍历元素 ###

**为啥注释说：初始容量对遍历没有影响？**

**因为它遍历的是LinkedHashMap内部维护的一个双向链表，而不是散列表(当然了，链表双向链表的元素都来源于散列表)**

### LinkedHashMap应用 ###

[http://wiki.jikexueyuan.com/project/java-collection/linkedhashmap-lrucache.html][http_wiki.jikexueyuan.com_project_java-collection_linkedhashmap-lrucache.html]

#### LRU最近最少使用（访问顺序） ####

用这个类有两大好处：

*  **它本身已经实现了按照访问顺序或插入顺序的存储**
 *  LinkedHashMap **本身有removeEldestEntry方法用于判断是否需要移除最不常读取的数**，但是，原始方法默认不需要移除，我们需要override这样一个方法。

**Java里面实现LRU缓存通常有两种选择：**

*  使用LinkedHashMap
 *  自己设计数据结构，使用链表+HashMap

**以下是使用 LinkedHashMap 实现的一个 LRU 缓存：**

*  设定最大缓存空间 MAX\_ENTRIES 为 3；
 *  使用 LinkedHashMap 的构造函数将 accessOrder 设置为 true，开启 LRU 顺序；
 *  覆盖 removeEldestEntry() 方法实现，在节点多于 MAX\_ENTRIES 就会将最近最久未使用的数据移除。

class LRUCache<K, V> extends LinkedHashMap<K, V> {
        
        private static final int MAX_ENTRIES = 3;
    
        protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry eldest) {
        
            return size() > MAX_ENTRIES;
        }
    
        LRUCache() {
        
            super(MAX_ENTRIES, 0.75f, true);
        }
    }

public static void main(String[] args) {
        
        LRUCache<Integer, String> cache = new LRUCache<>();
        cache.put(1, "a");
        cache.put(2, "b");
        cache.put(3, "c");
        cache.get(1);
        cache.put(4, "d");
        System.out.println(cache.keySet());
    }

[3, 1, 4]

**实现详细代码请参考文章：补充知识点-缓存**

#### FIFO（插入顺序） ####

还可以在**插入顺序**的LinkedHashMap直接重写下removeEldestEntry方法即可轻松实现一个FIFO缓存

## TreeMap ##

### 关键词 ###

*  **红黑树**
 *  **非同步**
 *  **key不能为null**
 *  实现了NavigableMap接口，而NavigableMap接口继承着SortedMap接口，是有序的（HahMap是Key无序的）
 *  TreeMap的基本操作 containsKey、get、put 和 remove 的时间复杂度是 log(n) 。
 *  适用于**查找性能要求不那么高，反而对有序性要求比较高的应用场景**
 *  使用Comparator或者Comparable来比较key是否相等与排序的问题

### 概览 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxeHg2NjYx_size_16_color_FFFFFF_t_70 16]

### 获取元素：get ###

详细看：

[https://segmentfault.com/a/1190000014345983\#articleHeader4][https_segmentfault.com_a_1190000014345983_articleHeader4]

总结：

*  如果在构造方法中传递了Comparator对象，那么就会以Comparator对象的方法进行比较。否则，则使用Comparable的compareTo(T o)方法来比较。
 *  值得说明的是：如果使用的是compareTo(T o)方法来比较，key一定是不能为null，并且得实现了Comparable接口的。
 *  即使是传入了Comparator对象，不用compareTo(T o)方法来比较，key也是不能为null的

### 删除元素：remove ###

**删除节点并且平衡红黑树**

## HashSet ##

[http://wiki.jikexueyuan.com/project/java-collection/hashset.html][http_wiki.jikexueyuan.com_project_java-collection_hashset.html]

[https://segmentfault.com/a/1190000014391402][https_segmentfault.com_a_1190000014391402]

### 关键词： ###

*  默认容量16，扩容两倍，加载因子0.75
 *  允许元素为null
 *  实现Set接口
 *  不保证迭代顺序
 *  非同步
 *  初始容量非常影响迭代性能
 *  底层实际上是一个HashMap实例
    
    > public HashSet() \{map = new HashMap<>();\}

如果添加的是在 HashSet 中不存在的，则返回 true；如果添加的元素已经存在，返回 false。

**对于 HashSet 中保存的对象，请注意正确重写其 equals 和 hashCode 方法，以保证放入的对象的唯一性。**

### HashSet 和 HashMap 的区别 ###

重要：

**1. HashMap中使用键对象来计算hashcode值**

**2. HashSet使用成员对象来计算hashcode值，对于两个对象来说hashcode可能相同，所以equals()方法用来判断对象的相等性，如果两个对象不同的话，那么返回false**

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxeHg2NjYx_size_16_color_FFFFFF_t_70 17]

## TreeSet ##

### 关键词 ###

*  实现NavigableSet接口
 *  可以实现排序功能
 *  底层实际上是一个TreeMap实例
 *  非同步
 *  不允许为null

## LinkedHashSet ##

### 关键词 ###

*  迭代是有序的
 *  允许为null
 *  底层实际上是一个HashMap+双向链表实例(其实就是LinkedHashMap)
 *  非同步
 *  性能比HashSet差一丢丢，因为要维护一个双向链表
 *  **初始容量与迭代无关（与LinkedHashMap相同）**，因为LinkedHashSet迭代的是双向链表

## 总结Set ##

HashSet：

*  无序，允许为null，底层是HashMap(散列表+红黑树)，非线程同步

TreeSet：

*  有序，不允许为null，底层是TreeMap(红黑树),非线程同步

LinkedHashSet：

*  迭代有序，允许为null，底层是HashMap+双向链表，非线程同步

## WeekHashMap ##

### 存储结构 ###

WeakHashMap 的 Entry 继承自 WeakReference，被 WeakReference 关联的**对象在下一次垃圾回收时会被回收**。

WeakHashMap 主要用来实现缓存，通过使用 WeakHashMap 来引用缓存对象，由 JVM 对这部分缓存进行回收。

private static class Entry<K,V> extends WeakReference<Object> implements Map.Entry<K,V>

### ConcurrentCache ###

Tomcat 中的 ConcurrentCache 使用了 WeakHashMap 来实现缓存功能。

ConcurrentCache 采取的是分代缓存：

*  经常使用的对象放入 eden 中，eden 使用 ConcurrentHashMap 实现，不用担心会被回收（伊甸园）；
 *  不常用的对象放入 longterm，longterm 使用 WeakHashMap 实现，这些老对象会被垃圾收集器回收。
 *  当调用 get() 方法时，会先从 eden 区获取，如果没有找到的话再到 longterm 获取，当从 longterm 获取到就把对象放入 eden 中，从而保证经常被访问的节点不容易被回收。
 *  当调用 put() 方法时，如果 eden 的大小超过了 size，那么就将 eden 中的所有对象都放入 longterm 中，利用虚拟机回收掉一部分不经常使用的对象。

public final class ConcurrentCache<K, V> {
        
    
        private final int size;
    
        private final Map<K, V> eden;
    
        private final Map<K, V> longterm;
    
        public ConcurrentCache(int size) {
        
            this.size = size;
            this.eden = new ConcurrentHashMap<>(size);
            this.longterm = new WeakHashMap<>(size);
        }
    
        public V get(K k) {
        
            V v = this.eden.get(k);
            if (v == null) {
        
                v = this.longterm.get(k);
                if (v != null)
                    this.eden.put(k, v);
            }
            return v;
        }
    
        public void put(K k, V v) {
        
            if (this.eden.size() >= size) {
        
                this.longterm.putAll(this.eden);
                this.eden.clear();
            }
            this.eden.put(k, v);
        }
    }

# 常见问题总结 #

## Enumeration和Iterator接口的区别 ##

Iterator替代了Enumeration，Enumeration是一个旧的迭代器了。

与Enumeration相比，Iterator更加安全，因为当一个集合正在被遍历的时候，**它会阻止其它线程去修改集合。**

区别有三点：

*  Iterator的方法名比Enumeration更科学
 *  **Iterator有fail-fast机制，比Enumeration更安全**
 *  Iterator能够删除元素，Enumeration并不能删除元素

## ListIterator有什么特点 ##

*  ListIterator继承了Iterator接口，它用于遍历List集合的元素。
 *  ListIterator可以实现双向遍历,添加元素，设置元素

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxeHg2NjYx_size_16_color_FFFFFF_t_70 18]

## 与Java集合框架相关的有哪些最好的实践 ##

如果是单列的集合，我们考虑用Collection下的子接口ArrayList和Set。

如果是映射，我们就考虑使用Map

*  是否需要同步：去找线程安全的集合类使用
 *  迭代时是否需要有序(插入顺序有序)：去找Linked双向列表结构的
 *  是否需要排序(自然顺序或者手动排序)：去找Tree红黑树类型的(JDK1.8)
 *  估算存放集合的数据量有多大，无论是List还是Map，它们实现动态增长，都是有性能消耗的。在初始集合的时候给出一个合理的容量会减少动态增长时的消耗
 *  使用泛型，避免在运行时出现ClassCastException
 *  尽可能使用Collections工具类，或者获取只读、同步或空的集合，而非编写自己的实现。它将会提供代码重用性，它有着更好的稳定性和可维护性

# 参考 #

*  [https://github.com/CyC2018/CS-Notes/blob/master/docs/notes/Java 容器.md][https_github.com_CyC2018_CS-Notes_blob_master_docs_notes_Java _.md]
 *  Eckel B. Java 编程思想 \[M\]. 机械工业出版社, 2002.
 *  [Java Collection Framework][]
 *  [Iterator 模式][Iterator]
 *  [Java 8 系列之重新认识 HashMap][Java 8 _ HashMap]
 *  [What is difference between HashMap and Hashtable in Java?][What is difference between HashMap and Hashtable in Java]
 *  [Java 集合之 HashMap][Java _ HashMap]
 *  [The principle of ConcurrentHashMap analysis][]
 *  [探索 ConcurrentHashMap 高并发性的实现机制][ConcurrentHashMap]
 *  [HashMap 相关面试题及其解答][HashMap]
 *  [Java 集合细节（二）：asList 的缺陷][Java _asList]
 *  [Java Collection Framework – The LinkedList Class][Java Collection Framework _ The LinkedList Class]

# 关注我 #

本人目前为后台开发工程师，主要关注Python爬虫，后台开发等相关技术。

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[Java]: https://blog.csdn.net/qqxx6661/article/details/86572953
[23]: https://blog.csdn.net/qqxx6661/article/details/84194122
[Redis]: https://blog.csdn.net/qqxx6661/article/details/83718153
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxeHg2NjYx_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20220323/bc6ec5e98b1d4ef9be290a5edc346289.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxeHg2NjYx_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20220323/ce85e454e0a64dea9dd344ccbbb4c955.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxeHg2NjYx_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20220323/f8fe349295624016aec0232253f839d1.png
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[https_blog.csdn.net_panweiwei1994_article_details_77110354]: https://blog.csdn.net/panweiwei1994/article/details/77110354
[https_zhuanlan.zhihu.com_p_24730576]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/24730576
[https_zhuanlan.zhihu.com_p_28373321]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/28373321
[http_wiki.jikexueyuan.com_project_java-collection_hashmap.html]: http://wiki.jikexueyuan.com/project/java-collection/hashmap.html
[https_segmentfault.com_a_1190000014293372]: https://segmentfault.com/a/1190000014293372
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxeHg2NjYx_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]: /images/20220323/3124453273774012ab10eb198c6768a0.png
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[https_note.youdao.com_yws_res_18743_50AADC7BB42845B29CDA293FC409250C_ynotemdtimestamp_1548155508277]: https://note.youdao.com/yws/res/18743/50AADC7BB42845B29CDA293FC409250C?ynotemdtimestamp=1548155508277
[https_my.oschina.net_u_3568600_blog_1933764]: https://my.oschina.net/u/3568600/blog/1933764
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[http_www.importnew.com_23610.html]: http://www.importnew.com/23610.html
[https_blog.csdn.net_yan_wenliang_article_details_51029372]: https://blog.csdn.net/yan_wenliang/article/details/51029372
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[https_blog.csdn.net_lanxiangru_article_details_53495854]: https://blog.csdn.net/lanxiangru/article/details/53495854
[http_wiki.jikexueyuan.com_project_java-collection_linkedhashmap.html]: http://wiki.jikexueyuan.com/project/java-collection/linkedhashmap.html
[https_segmentfault.com_a_1190000014319445]: https://segmentfault.com/a/1190000014319445
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxeHg2NjYx_size_16_color_FFFFFF_t_70 14]: /images/20220323/3b42d4e226b5430fbd54e96f449969f3.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxeHg2NjYx_size_16_color_FFFFFF_t_70 15]: /images/20220323/25cabea224bb4c9893f591367884a6b8.png
[20190122192238538.png]: /images/20220323/e458c235a405403ba2592dd9991e7838.png
[http_wiki.jikexueyuan.com_project_java-collection_linkedhashmap-lrucache.html]: http://wiki.jikexueyuan.com/project/java-collection/linkedhashmap-lrucache.html
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxeHg2NjYx_size_16_color_FFFFFF_t_70 16]: /images/20220323/607492064b984756998d02ab1d67ed8a.png
[https_segmentfault.com_a_1190000014345983_articleHeader4]: https://segmentfault.com/a/1190000014345983#articleHeader4
[http_wiki.jikexueyuan.com_project_java-collection_hashset.html]: http://wiki.jikexueyuan.com/project/java-collection/hashset.html
[https_segmentfault.com_a_1190000014391402]: https://segmentfault.com/a/1190000014391402
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxeHg2NjYx_size_16_color_FFFFFF_t_70 17]: /images/20220323/0f516b577ffd48b5824dbd38c00b8eb0.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxeHg2NjYx_size_16_color_FFFFFF_t_70 18]: /images/20220323/eb41480a8f764ac78bb75c4ac5bc6035.png
[https_github.com_CyC2018_CS-Notes_blob_master_docs_notes_Java _.md]: https://github.com/CyC2018/CS-Notes/blob/master/docs/notes/Java%20%E5%AE%B9%E5%99%A8.md
[Java Collection Framework]: https://www.w3resource.com/java-tutorial/java-collections.php
[Iterator]: https://openhome.cc/Gossip/DesignPattern/IteratorPattern.htm
[Java 8 _ HashMap]: https://tech.meituan.com/java_hashmap.html
[What is difference between HashMap and Hashtable in Java]: http://javarevisited.blogspot.hk/2010/10/difference-between-hashmap-and.html
[Java _ HashMap]: http://www.zhangchangle.com/2018/02/07/Java%E9%9B%86%E5%90%88%E4%B9%8BHashMap/
[The principle of ConcurrentHashMap analysis]: http://www.programering.com/a/MDO3QDNwATM.html
[ConcurrentHashMap]: https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/java-lo-concurrenthashmap/
[HashMap]: https://www.jianshu.com/p/75adf47958a7
[Java _asList]: http://wiki.jikexueyuan.com/project/java-enhancement/java-thirtysix.html
[Java Collection Framework _ The LinkedList Class]: http://javaconceptoftheday.com/java-collection-framework-linkedlist-class/
[http_blog.csdn.net_qqxx6661]: http://blog.csdn.net/qqxx6661
[https_www.zhihu.com_people_yang-zhen-dong-1]: https://www.zhihu.com/people/yang-zhen-dong-1/
[https_juejin.im_user_5b48015ce51d45191462ba55]: https://juejin.im/user/5b48015ce51d45191462ba55
[https_www.jianshu.com_u_b5f225ca2376]: https://www.jianshu.com/u/b5f225ca2376
[20190108201638256.png]: /images/20220323/ba1c918c60b34c64b8ed2e7cfc34a7c7.png