JAVA集合框架整理（三） - 集合的实现

悠悠 2022-05-10 12:56 202阅读 0赞

**1、ArrayList实现原理：**

*  ArrayList是List接口的可变数组非同步实现，并允许包括null在内的所有元素；
 *  底层使用数组实现；
 *  该集合是可变长度数组，数组扩容时，会将老数组中的元素重新拷贝一份到新的数组中，每次数组容量增长大约是其容量的1.5倍，这种操作的代价很高。
 *  采用了Fail-Fast机制，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。
 *  remove方法会让下标到数组末尾的元素向前移动一个单位，并把最后一位的值置空，方便GC。

**2、LinkedList实现原理：**

*  LinkedList是List接口的双向链表非同步实现，并允许包括null在内的所有元素。
 *  底层的数据结构是基于双向链表的，该数据结构我们称为节点。
 *  双向链表节点对应的类Node的实例，Node中包含成员变量：prev，next，item。其中，prev是该节点的上一个节点，next是该节点的下一个节点，item是该节点所包含的值。
 *  它的查找是分两半查找，先判断index是在链表的哪一半，然后再去对应区域查找，这样最多只要遍历链表的一半节点即可找到。

**3、HashMap实现原理：**

*  HashMap是基于哈希表的Map接口的非同步实现，允许使用null值和null键，但不保证映射的顺序。
 *  底层使用数组实现，数组中每一项是个单向链表，即数组和链表的结合体；当链表长度大于一定阈值时，链表转换为红黑树，这样减少链表查询时间。
 *  HashMap在底层将key-value当成一个整体进行处理，这个整体就是一个Node对象。HashMap底层采用一个Node\[\]数组来保存所有的key-value对，当需要存储一个Node对象时，会根据key的hash算法来决定其在数组中的存储位置，在根据equals方法决定其在该数组位置上的链表中的存储位置；当需要取出一个Node时，也会根据key的hash算法找到其在数组中的存储位置，再根据equals方法从该位置上的链表中取出该Node。
 *  HashMap进行数组扩容需要重新计算扩容后每个元素在数组中的位置，很耗性能。
 *  采用了Fail-Fast机制，通过一个modCount值记录修改次数，对HashMap内容的修改都将增加这个值。迭代器初始化过程中会将这个值赋给迭代器的expectedModCount，在迭代过程中，判断modCount跟expectedModCount是否相等，如果不相等就表示已经有其他线程修改了Map，马上抛出异常。

**4、Hashtable实现原理：**

*  Hashtable是基于哈希表的Map接口的同步实现，不允许使用null值和null键。
 *  底层使用数组实现，数组中每一项是个单链表，即数组和链表的结合体。
 *  Hashtable在底层将key-value当成一个整体进行处理，这个整体就是一个Entry对象。Hashtable底层采用一个Entry\[\]数组来保存所有的key-value对，当需要存储一个Entry对象时，会根据key的hash算法来决定其在数组中的存储位置，在根据equals方法决定其在该数组位置上的链表中的存储位置；当需要取出一个Entry时，也会根据key的hash算法找到其在数组中的存储位置，再根据equals方法从该位置上的链表中取出该Entry。
 *  synchronized是针对整张Hash表的，即每次锁住整张表让线程独占。

**5、ConcurrentHashMap实现原理：**

*  ConcurrentHashMap允许多个修改操作并发进行，其关键在于使用了锁分离技术。
 *  它使用了多个锁来控制对hash表的不同段进行的修改，每个段其实就是一个小的hashtable，它们有自己的锁。只要多个并发发生在不同的段上，它们就可以并发进行。
 *  ConcurrentHashMap在底层将key-value当成一个整体进行处理，这个整体就是一个Entry对象。Hashtable底层采用一个Entry\[\]数组来保存所有的key-value对，当需要存储一个Entry对象时，会根据key的hash算法来决定其在数组中的存储位置，在根据equals方法决定其在该数组位置上的链表中的存储位置；当需要取出一个Entry时，也会根据key的hash算法找到其在数组中的存储位置，再根据equals方法从该位置上的链表中取出该Entry。
 *  与HashMap不同的是，ConcurrentHashMap使用多个子Hash表，也就是段(Segment)。
 *  ConcurrentHashMap完全允许多个读操作并发进行，读操作并不需要加锁。如果使用传统的技术，如HashMap中的实现，如果允许可以在hash链的中间添加或删除元素，读操作不加锁将得到不一致的数据。ConcurrentHashMap实现技术是保证HashEntry几乎是不可变的。

**6、LinkedHashMap实现原理：**

*  LinkedHashMap继承于HashMap，底层使用哈希表和双向链表来保存所有元素，并且它是非同步，允许使用null值和null键。
 *  基本操作与父类HashMap相似，通过重写HashMap相关方法，重新定义了数组中保存的元素Entry，来实现自己的链接列表特性。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，从而构成了双向链接列表。

**7、HashSet实现原理：**

*  HashSet由哈希表(实际上是一个HashMap实例)支持，不保证set的迭代顺序，并允许使用null元素。
 *  基于HashMap实现，API也是对HashMap的行为进行了封装，可参考HashMap。

**8、LinkedHashSet实现原理：**

*  对于LinkedHashSet而言，它继承与HashSet、又基于LinkedHashMap来实现的。LinkedHashSet底层使用LinkedHashMap来保存所有元素，它继承与HashSet，其所有的方法操作上又与HashSet相同。