java基础-集合

以下纯属个人见解，如有不妥请及时指正以免误导他人！！！未完待续….

1.java集合中常用的类都有哪些，简单介绍一下？
参见6

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2.ArrayList和LinkedList的区别，它们的原理？
     ArrayList和LinkedList都是List系的实现类，但是两者的实现原理不同：
ArrayList是在动态数组的基础上实现的，既然是数组，那么随机访问的性能就会快，但是插入或者删除数据就会比较慢，比方说：如果操作是在某一位置插入元素的话，首先会判断size+1,是否需要扩容，如果需要就要扩容！注意扩容是需要进行数组复制拷贝的，然后，对elementData进行操作，操作过程是System.arraycopy对于index索引位置原数组中此位置后的元素移到 index + 1后的位置，空出index索引下的数组位置放置插入的元素！需要进行扩容、数组拷贝，所以才存在大家说的随机访问快，但是插入或者删除等修改会慢；下面看一下它扩容的代码细节：

private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
        int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);//扩容1.5倍
        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);//并且将原数组数据进行复制到新的数组
    }

所以，初始化的时候默认为空数组，当第一次add元素的时候会进行容量初始化，如果已知需要的集合大小，最好初始化的时候置入构造函数，可以提升性能，避免频繁扩容。

private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }

 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) {
            //初始化为DEFAULT_CAPACITY = 10
            minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
        }

        ensureExplicitCapacity(minCapacity);
    }

LinkedList的实现则是基于链表，不仅实现了List而且也实现了Deque，所以是双端链表；它的基础在于它的私有内部类：

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

        Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
    }

这是LinkedList实现链表的关键，一个节点包含着本身存储的数据和前后继节点，所以它的随机访问是遍历链表来查找节点，相较于ArrayList的数组结构基于角标访问性能差一些；但是它的增删操作却性能相对高一些，毕竟它只需要更改链表中节点的数据以及相应的前后继节点的变动，而不需要像ArrayList那样挪动数组来实现。

此外还需注意，ArrayList和LinkedList都是非线程安全的集合类。

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3.HashMap是什么数据结构，他是怎么实现的？Java8做了什么改进？

//HashMap维护了一个Entry类型的数组，一个Entry就是一个key-value对象
transient Entry[] table;

而Entry又是HashMap中的静态内部类 ，由代码可知它又含有成员变量Entry next维系成链表结构，代码如下：

static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
    final K key;
    V value;
    Entry<K,V> next;
    final 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;
    }
}

所以HashMap的数据结构就是由数组+链表构成的。

JDK8 新增了红黑树特性，参考下文：
https://blog.csdn.net/u011240877/article/details/53358305

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4.Hashtable和HashMap的区别？
参见本文第九题

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5.Arrays和Collections的使用？
Arrays此类包含用来操作数组（比如排序和搜索）的各种方法。此类还包含一个允许将数组作为列表来查看的静态工厂。
Collections此类提供了一系列方法操作集合对象，例如：排序，转化线程安全集合对象等。

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6.List、Map和Set他们的特点是什么？他们都有哪些典型子类？
List和Set都实现了Collection接口，List的实现类常使用的主要有ArrayList,CopyOnWriteArrayList, LinkedList, Vector，其中ArrayList、LinkedList是按照元素插入的顺序，但是他们是非线程安全的，并且他们两个实现原理也不相同（请看本文第二题），Vector则是线程安全的集合类，它与ArrayList同样是基于动态数组原理实现，只不过他的操作元素的方法使用了synchronized关键字，所以线程安全，如非必要存在竞争，不要使用，同步会有些许的性能消损。CopyOnWriteArrayList同样也是ArrayList的一个线程安全的变体，但是它和Vector不同的是它使用显示锁

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();
        }
    }

Set特点是不存在重复元素。它的主要实现类有ConcurrentSkipListSet, CopyOnWriteArraySet, HashSet, LinkedHashSet, TreeSet ；其中HashSet是常用的，它由哈希表支持，其实它的实现是借助于HashMap，遍历无序，且线程不同步的类。TreeSet的无参构造实例是按照自然排序，也可以使用带有Comparator参数的构造实现自定义排序规则的Set。LinkedHashSet则是哈希表+链表实现，迭代有序。

Map则是键值对集合，主要实现类由HashMap，LinkedHashMap，ConcurrentHashMap，TreeMap，Hashtable。

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7.常见的有序集合？
比如说：带有放入顺序的ArrayXXX，LinkedXXX,以及TreeXXX等都是有序集合。

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8.如何实现集合的有序性？
通过一下实例代码，看一下：

Collections.sort(result, new Comparator<ReviewDetailBean>() {
    public int compare(ReviewDetailBean o1, ReviewDetailBean o2) {
        return o2.getTpgs() - o1.getTpgs();
    }
});

只要是实现Comparator接口，自定义compare方法完成对List的特定排序。

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9.HashMap、Hashtable和ConcurrentHashMap的区别？ 2018-4-3
HashMap是无序散列，并且它是非线程安全的！如果想用有序的，要用TreeMap默认是键的自然排序，以及LinkedHashMap为链表实现，顺序可预知。HashMap的底层数据结构是数组+链表，数组是Node[] table,而Node是它的内静态部类，这个结构就很熟悉了这是链表存有next后继节点。HashMap如果往同一键上加多个值，取到的是最后放进去的那个。

static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final int hash;
        final K key;
        V value;
        Node<K,V> next;
}

而Hashtable由它非驼峰式的命名就知道他是一个历史遗留类。但是它是线程安全的，因为它的方法public synchronized V put(K key, V value) 等使用了synchronized 关键字修饰所以是线程安全的，但是synchronized 锁得是Hashtable的new实例对象，所以效率会慢。

而相比起线程同步的ConcurrentHashMap则是使用了分段锁的实现，效率会比Hashtable高很多，因此如果要使用线程同步的Map，可以首先考虑ConcurrentHashMap。

其他让Map线程安全的方法有：

Collections.synchronizedMap(Map m)

。

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10.HashSet的源码实现：

private transient HashMap<E,Object> map;

// Dummy value to associate with an Object in the backing Map
private static final Object PRESENT = new Object();

/**
 * Constructs a new, empty set; the backing <tt>HashMap</tt> instance has
 * default initial capacity (16) and load factor (0.75).
 */
public HashSet() {
    map = new HashMap<E,Object>();
}
public Iterator<E> iterator() {
    return map.keySet().iterator();
}

public boolean add(E e) {
    return map.put(e, PRESENT)==null;
}

由以上源码可见，HashSet是借助HashMap对象实现的，利用HashMap的keySet()。只不过，它的key-value为add的元素E 与 静态常量PRESENT 。

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11.ArrayList在foreach的时候remove元素为什么会抛出异常？
https://blog.csdn.net/kevin_king1992/article/details/79888918

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12.ArrayList的扩容机制？

//第一次添加元素容量初始为默认值10
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
private void grow(int minCapacity) {

    int oldCapacity = elementData.length;
    //oldCapacity >> 1，扩容原来的一半；
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        newCapacity = minCapacity;
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    // 并且会原先数组的拷贝到扩容后的数组，并赋值给transient Object[] elementData;
    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}

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13.HashMap的扩容机制是什么样子的？
HashMap的初始值是16，默认的负载因子是0.75

static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

看一下put方法中陆续调用到了resize方法：

if (oldCap > 0) {
     if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
         threshold = Integer.MAX_VALUE;
         return oldTab;
     }
     //newCap = oldCap << 1 扩容到原来2倍
     else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
              oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
         newThr = oldThr << 1; // double threshold
 }
 else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
     newCap = oldThr;
 else {               // zero initial threshold signifies using defaults
     newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
     newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
 }

14.CopyOnWriteArrayList实现原理？

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();
        }
    }

从添加元素的方法来看，是利用了显示锁进行加锁控制，然后将数据数组进行了复制，长度加一，以来存放添加的数据。

 final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

 private transient volatile Object[] array;//数据数组

再来看一下get方法，可见：

public E get(int index) {
    return get(getArray(), index);
}

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

get方法并不需要加锁，以达到高效高吞吐量。volatile 修饰的array保证了可见性。

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