JAVA容器学习-集合

谁践踏了优雅 2022-10-31 00:47 132阅读 0赞

Java集合是我认为在Java基础中最最重要的知识点了，Java集合是必须掌握的。我在实习/秋招面试的时候，**只要是面到Java，那一定是少不了Java集合**。

作为一个新人，最关心的其实有一点：**这个技术在工作中是怎么用的**。换个说法：“工作中常用到的Java集合有哪些，应用场景是什么”

![图片][653e5b91d14d8cfd82c3c0a2a3b856c1.png]

如何入门Java集合以及每个常用的子类我在**PDF**整理好了，这就不粘贴过来了，有需要的就在PDF查看就好了。这份PDF**绝对令你满意**。

## List集合 ##

List集合下最常见的集合类有两个：**ArrayList和LinkedList**

在工作中，我都是无脑用**ArrayList**。我问了两个同事：“你们在项目中用过LinkedList吗？”他们都表示没有。

众所周知，ArrayList底层是数组，LinkedList底层是链表。数组遍历速度快，LinkedList增删元素快。

为什么在工作中一般就用ArrayList，而不用LinkedList呢？原因也很简单：

*  在工作中，**遍历的需求比增删多**，即便是增加元素往往也只是从尾部插入元素，而ArrayList在尾部插入元素也是O(1)
 *  ArrayList增删没有想象中慢，ArrayList的增删底层调用的`copyOf()`被优化过，加上现代CPU对内存可以**块操作**，普通大小的ArrayList增删比LinkedList更快。

所以，在开发中，想到要用集合来装载元素，第一个想到的就是ArrayList。

那么来了，LinkedList用在什么地方呢？我们一般用在刷算法题上。把LinkedList当做一个先进先出的队列，LinkedList本身就实现了Queue接口

![图片][0c522d2af5cb5cb34b0de4b7b936df22.png]

如果考虑线程安全的问题，可以看看CopyOnWriteArrayList，实际开发用得不多，但我觉得可以了解一下它的思想（CopyOnWrite），这个思想在Linux/文件系统都有用到。

![图片][1c5949623e0f319a4243e9636393ea03.png]

## Set集合 ##

Set集合下最常见的集合类有三个：**HashSet、TreeSet、LinkedHashSet**

List和Set都是集合，一般来说：**如果我们需要保证集合的元素是唯一的，就应该想到用Set集合**

比如说：现在要发送一批消息给用户，我们为了减少「一次发送重复的内容给用户」这样的错误，我们就用Set集合来保存用户的`userId/phone`

自然地，首先要保证最上游的那批用户的`userId/phone`是没有重复的，而我们用Set集合只是为了做一个**兜底**来尽可能避免重复发送的问题。

一般我们在开发中最多用到的也就是**HashSet**。TreeSet是可以排序的Set，一般我们需要有序，从数据库拉出来的数据就是有序的，可能往往写`order by id desc`比较多。而在开发中也很少管元素插入有序的问题，所以LinkedHashSet一般也用不上。

如果考虑线程安全的问题，可以考虑CopyOnWriteArraySet，用得就更少了（这是一个线程安全的Set，底层实际上就是CopyOnWriteArrayList)

TreeSet和LinkedHashSet更多的可能用在刷算法的时候。

![图片][355dc0c7e6b6c54e813bea6a6b1f9c30.png]

![图片][f69b91b6e2e15db70da8b031681af5a5.png]

## Map集合 ##

Map集合最常见的子类也有三个：HashMap、LinkedHashMap、TreeMap

如果考虑线程安全问题，应该想到的是ConcurrentHashMap，当然了Hashtable也要有一定的了解，因为面试实在是问得太多太多了。

HashMap在实际开发中用得也非常多，只要是`key-value`结构的，一般我们就用`HashMap`。LinkedHashMap和TreeMap用的不多，原因跟HashSet和TreeSet一样。

ConcurrentHashMap在实际开发中也用得挺多，我们很多时候把ConcurrentHashMap用于**本地缓存**，不想每次都网络请求数据，在本地做本地缓存。监听数据的变化，如果数据有变动了，就把ConcurrentHashMap对应的值给更新了。

![图片][330e79431b6a3be79690325bcc7afa76.png]

![图片][012bf191c74ec97d6554ff303faa9017.png]

## Queue队列 ##

不知道大家有没有学过生产者和消费者模式，秋招面试的时候可能会让你手写一段这样的代码。最简单的方式就是用**阻塞队列**去写。类似下面：

**生产者：**

import java.util.Random;
    import java.util.Vector;
    import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
    
    public class Producer implements Runnable {
    
        // true--->生产者一直执行，false--->停掉生产者
        private volatile boolean isRunning = true;
    
        // 公共资源
        private final Vector sharedQueue;
    
        // 公共资源的最大数量
        private final int SIZE;
    
        // 生产数据
        private static AtomicInteger count = new AtomicInteger();
    
        public Producer(Vector sharedQueue, int SIZE) {
            this.sharedQueue = sharedQueue;
            this.SIZE = SIZE;
        }
    
        @Override
        public void run() {
            int data;
            Random r = new Random();
    
            System.out.println("start producer id = " + Thread.currentThread().getId());
            try {
                while (isRunning) {
                    // 模拟延迟
                    Thread.sleep(r.nextInt(1000));
    
                    // 当队列满时阻塞等待
                    while (sharedQueue.size() == SIZE) {
                        synchronized (sharedQueue) {
                            System.out.println("Queue is full, producer " + Thread.currentThread().getId()
                                    + " is waiting, size：" + sharedQueue.size());
                            sharedQueue.wait();
                        }
                    }
    
                    // 队列不满时持续创造新元素
                    synchronized (sharedQueue) {
                        // 生产数据
                        data = count.incrementAndGet();
                        sharedQueue.add(data);
    
                        System.out.println("producer create data:" + data + ", size：" + sharedQueue.size());
                        sharedQueue.notifyAll();
                    }
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
                Thread.currentThread().interrupted();
            }
        }
    
        public void stop() {
            isRunning = false;
        }
    }

**消费者：**

import java.util.Random;
    import java.util.Vector;
    
    public class Consumer implements Runnable {
    
        // 公共资源
        private final Vector sharedQueue;
    
        public Consumer(Vector sharedQueue) {
            this.sharedQueue = sharedQueue;
        }
    
        @Override
        public void run() {
    
            Random r = new Random();
    
            System.out.println("start consumer id = " + Thread.currentThread().getId());
            try {
                while (true) {
                    // 模拟延迟
                    Thread.sleep(r.nextInt(1000));
    
                    // 当队列空时阻塞等待
                    while (sharedQueue.isEmpty()) {
                        synchronized (sharedQueue) {
                            System.out.println("Queue is empty, consumer " + Thread.currentThread().getId()
                                    + " is waiting, size：" + sharedQueue.size());
                            sharedQueue.wait();
                        }
                    }
                    // 队列不空时持续消费元素
                    synchronized (sharedQueue) {
                        System.out.println("consumer consume data：" + sharedQueue.remove(0) + ", size：" + sharedQueue.size());
                        sharedQueue.notifyAll();
                    }
                }
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
                Thread.currentThread().interrupt();
            }
        }
    }

**Main方法测试：**

import java.util.Vector;
    import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    
    public class Test2 {
    
    
        public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    
            // 1.构建内存缓冲区
            Vector sharedQueue = new Vector();
            int size = 4;
    
            // 2.建立线程池和线程
            ExecutorService service = Executors.newCachedThreadPool();
            Producer prodThread1 = new Producer(sharedQueue, size);
            Producer prodThread2 = new Producer(sharedQueue, size);
            Producer prodThread3 = new Producer(sharedQueue, size);
            Consumer consThread1 = new Consumer(sharedQueue);
            Consumer consThread2 = new Consumer(sharedQueue);
            Consumer consThread3 = new Consumer(sharedQueue);
            service.execute(prodThread1);
            service.execute(prodThread2);
            service.execute(prodThread3);
            service.execute(consThread1);
            service.execute(consThread2);
            service.execute(consThread3);
    
            // 3.睡一会儿然后尝试停止生产者(结束循环)
            Thread.sleep(10 * 1000);
            prodThread1.stop();
            prodThread2.stop();
            prodThread3.stop();
    
            // 4.再睡一会儿关闭线程池
            Thread.sleep(3000);
    
            // 5.shutdown()等待任务执行完才中断线程(因为消费者一直在运行的，所以会发现程序无法结束)
            service.shutdown();
    
    
        }
    }

我的项目用阻塞队列也挺多的（我觉得跟个人编写的代码风格习惯有关），类似实现了上面的生产者和消费者模式。

真实场景例子：

*  运营要发一条推送消息，首先需要去用户画像系统圈选一个人群，填写对应的人群ID和发送时间。
 *  我通过时间调度，通过RPC拿到人群的信息。遍历HDFS得到这个人群的每个userId
 *  将遍历的userId放到一个阻塞队列里边去，用多个线程while(true)取阻塞队列的数据

好处是什么？我在取userId的时候，会有个限制：**要么超出了指定的时间，要么达到BatchSize的值**。这样我就可以**将相同内容的不同userId组成一个Task**。

本来100个userId是100个Task，现在我将100个userId放在一个Task里边（因为发送的内容是相同的，所以我可以这么干）。这样再往下游传的时候，并发量就降低了很多。

## 什么时候考虑线程安全 ##

什么时候考虑线程安全的集合类，那当然是线程不安全的时候咯。那什么时候线程不安全？最常见的是：**操作的对象是有状态的**

虽然说，我们经常会听到线程不安全，但在**业务开发中**要我们程序员处理线程不安全的地方少之又少。比如说：你在写Servlet的时候，加过`syn/lock`锁吗？应该没有吧？

因为我们的操作的对象往往是**无状态**的。**没有共享变量被多个线程访问，自然就没有线程安全问题了**。

![图片][5980b95d6c4057614d4d716346912577.png]

SpringMVC是单例的，但SpringMVC都是在方法内操作数据的，每个线程进入方法都会生成栈帧，每个栈帧的数据都是线程独有的，如果不设定共享变量，不会有线程安全问题。

上面只是简单举了SpringMVC的例子（只是为了更好的理解）；

一句话总结：**只要涉及到多个线程操作一个共享变量的时候，就要考虑是不是要用线程安全的集合类**。

> 更多的细节，等我写Java多线程总结的时候再说了

![图片][463e82b6efa3176605cdbd4e11e8733c.png]

## 最后 ##

还是想强调一下，Java集合虽然在工作中不是每个都经常用得到，但是还是得重点学习学习。

如果你学习到了源码，可能你在创建集合的时候就会指定了集合的大小（即便我们知道它能动态扩容）

如果你想要去面试，Java集合是肯定少不了的，必问的一个知识点，**你学会了就是送分题**。

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[0c522d2af5cb5cb34b0de4b7b936df22.png]: /images/20221024/d0e9b8a812ef428980cdde47ae7c7492.png
[1c5949623e0f319a4243e9636393ea03.png]: /images/20221024/b8a720f9cdae43aca33c545a3ad1990a.png
[355dc0c7e6b6c54e813bea6a6b1f9c30.png]: /images/20221024/012136455a604ca4837725f19efd3e22.png
[f69b91b6e2e15db70da8b031681af5a5.png]: /images/20221024/53e1512df1f34f6eae5f78c5f4eb393d.png
[330e79431b6a3be79690325bcc7afa76.png]: /images/20221024/42b0720a445042a6ab5707d113ba7290.png
[012bf191c74ec97d6554ff303faa9017.png]: /images/20221024/3c6794096bc44800a504e910237684b7.png
[5980b95d6c4057614d4d716346912577.png]: /images/20221024/d4600c4a0658466a8eff430b9d7afeec.png
[463e82b6efa3176605cdbd4e11e8733c.png]: /images/20221024/2a7eaeb4003047e4a51358a334b08d99.png