JAVA集合~

集合：

List：

List集合具有以下特点：

1. 集合中的元素允许重复
2. 集合中的元素是有顺序的，各元素插入的顺序就是各元素的顺序
3. 集合中的元素可以通过索引来访问或者设置

List接口常用的实现类有：ArrayList、LinkedList、Vector。

Arraylist（线程不安全）:

ArrayList 实现了 List 接口，继承了 AbstractList 抽象类，底层是基于数组实现的，并且实现了动态扩容。

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
        implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
{
    private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
    transient Object[] elementData;
    private int size;
}

RandomAccess 接口 : 随机访问不需要遍历，就可以通过下标（索引）直接访问到内存地址。

Cloneable 接口 : 这表明 ArrayList 是支持拷贝的。ArrayList 内部的确也重写了 Object 类的 clone() 方法

Serializable 接口 :序列化转二进制，内部提供了两个私有方法 writeObject 和 readObject 来完成序列化和反序列化

动态扩容： ArrayList ，

优点: 底层数据结构是数组，查询快，增删慢。
缺点: 线程不安全，效率高

遍历ArrayList的元素主要有以下3种方式：

ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("我");
        list.add("adwj");
        list.add("我");

1. 迭代器iterator遍历

           Iterator<String> iterator = list.iterator();
           while (iterator.hasNext()){
               System.out.println(iterator.next());
           }
   
   

2. for循环

   for(int i=0;i<list.size();i++){
      System.out.println(list.get(i));
   }
          
   

3. foreach循环

    for (String s : list) {
       System.out.println(s);
    }
   

LinkedList ：

LinkedList 是一个继承自 AbstractSequentialList 的双向链表，因此它也可以被当作堆栈、队列或双端队列进行操作

public class LinkedList<E>
    extends AbstractSequentialList<E>
    implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
    transient int size = 0;
    transient Node<E> first;
    transient Node<E> last;
}

优点: 底层数据结构是链表，查询慢，增删快。
缺点: 线程不安全，效率高

vector（线程安全）:

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

常问：

相同点

ArrayList、LinkedList、Vector都实现了List接口，所以使用方式很类似

不同点

但是ArrayList、LinkedList、Vector的内部实现方式不同，也就导致了它们之间是有区别的。

存储结构

ArrayList和Vector是基于数组实现的，LinkedList是基于双向链表实现的。

这也就导致ArrayList适合随机查找和遍历，而LinkedList适合动态插入和删除元素。

线程安全性

ArrayList和LinkedList是线程不安全的，Vector是线程安全的。

Vector可以看做是ArrayList在多线程环境下的另一种实现方式，这也导致了Vector的效率没有ArraykList和LinkedList高。

如果要在并发环境下使用ArrayList或者LinkedList，可以调用Collections类的synchronizedList()方法（分情况）

如果读大于写 那么可以使用CopyOnWriteArrayList<>() 不过会在写操作复制一个list进行写操作 会占用大量内存

CopyOnWriteArrayList 中, 定义了一个可重入锁:

final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

该锁用于对所有修改集合的方法 (add, remove 等) 进行同步, 在进行实际修改操作时, 会先复制原来的数组, 再进行修改, 最后替换原来的

但也会因此引入 "弱一致性" 问题; 所谓 "弱一致性" 是指当一个线程正在读取数据时, 若此时有另一个线程同时在修改该区域的数据, 读取的线程将无法读取最新的数据, 即该读取线程只能读取到它读取时刻以前的最新数据;

ArrayList初始容量是10，添加第11个元素会扩容到16，之后扩容因子是1.5+1

Vector初始容量是10，添加到第11个元素扩容为20，21个元素扩容为40，接着80.扩容因子2

Set：

Set集合包括Set接口以及Set接口的所有实现类。Set集合具有以下特点：

1. 集合中不包含重复元素(你可以重复添加，但只会保留第1个)
2. 集合中的元素不一定保证有序

Set接口常用的实现类有：HashSet、LinkedHashSet、TreeSet。

Hashset:

public class HashSet<E>
    extends AbstractSet<E>
    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable

底层数据结构是哈希表。(无序,唯一)如何来保证元素唯一性?
1.依赖两个方法：hashCode()和equals()

hashCode()判断哈希值是否相同，相同后调用equals() 判断是否是一个元素

遍历元素用迭代器或者foreach循环

TreeSet：

底层数据结构是红黑树。(唯一，有序)

1. 如何保证元素排序的呢?
   自然排序 实现接口Comparable，重写该接口的方法compareTo（）
   比较器排序
2. 如何保证元素唯一性的呢?
   根据比较的返回值是否是0来决定 ：

LinkedHashSet：

底层数据结构是链表和哈希表。(FIFO插入有序,唯一)
1.由链表保证元素有序
2.由哈希表保证元素唯一

加载因子为0.75 , 即当 元素个数 超过 容量长度的0.75倍 时，进行扩容

扩容增量：原容量的 1 倍

如 HashSet的容量为16，一次扩容后是容量为32

Map：

HashMap（线程不安全）

public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {
	......
}

HashMap的父类是AbstractMap ，继承了Map<K,V>Cloneable, Serializable

使用entrySet()获得一个有Key+Value的Set集合 可以使用迭代器iterator()或者foreach（）循环遍历

使用value（）获得一个Value的值,可以使用迭代器iterator()或者foreach（）循环遍历

JDK8中hashmap底层是通过数组+链表+红黑树来实现的

JDK8中的因为使用了红黑树保证了插入和查询了效率，所以实际上JDK8中的Hash算法实现的复杂度降低了

JDK8中数组扩容的条件也发了变化，只会判断是否当前元素个数是否超过了阈值，而不再判断当前put进来的元素对应的数组下标位置是否有值。

JDK7中是先扩容再添加新元素，JDK8中是先添加新元素然后再扩容

HashMap中PUT方法的流程？

1. 通过key计算出个hashcode (key%table.length，提高效率key&table.length-1，前提数组长度是2的幂)
2. 通过hashcode与数组表长与操作计算出一个数组下标
3. 在把put进来的key,value封装为一个node对象
4. 判断数组下标对应的位置，是不是空，如果是空则把node直接存在该数组位置
5. 如果该下标对应的位置不为空，则需要把node插入到链表中
6. 并且还需要判断该链表中是否存在相同的key，如果存在，则更新value
7. 如果是JDK7，则使用头插法
8. 如果是JDK8，则会遍历链表，并且在遍历链表的过程中，统计当前链表的元素个数，如果超过8个，则先把链表转变为红黑树，并且把元素插入到红黑树中

JDK8中链表转变为红黑树的条件？

1. 链表中的元素的个数为8个或超过8个
2. 同时，还要满足当前数组的长度大于或等于64才会把链表转变为红黑树。为什么？因为链表转变为红黑树的目的是为了解决链表过长，导致查询和插入效率慢的问题，而如果要解决这个问题，也可以通过数组扩容，把链表缩短也可以解决这个问题。所以在数组长度还不太长的情况，可以先通过数组扩容来解决链表过长的问题。

HashMap扩容流程是怎样的？

1. HashMap的扩容指的就是数组的扩容， 因为数组占用的是连续内存空间，所以数组的扩容其实只能新开一个新的数组，然后把老数组上的元素转移到新数组上来，这样才是数组的扩容
2. 在HashMap中也是一样，先新建一个2被数组大小的数组
3. 然后遍历老数组上的没一个位置，如果这个位置上是一个链表，就把这个链表上的元素转移到新数组上去
4. 在这个过程中就需要遍历链表，当然jdk7，和jdk8在这个实
5. 现时是有不一样的，jdk7就是简单的遍历链表上的没一个元素，然后按每个元素的hashcode结合新数组的长度重新计算得出一个下标，而重新得到的这个数组下标很可能和之前的数组下标是不一样的，这样子就达到了一种效果，就是扩容之后，某个链表会变短，这也就达到了扩容的目的，缩短链表长度，提高了查询效率
6. 而在jdk8中，因为涉及到红黑树，这个其实比较复杂，jdk8中其实还会用到一个双向链表来维护红黑树中的元素，所以jdk8中在转移某个位置上的元素时，会去判断如果这个位置是一个红黑树，那么会遍历该位置的双向链表，遍历双向链表统计哪些元素在扩容完之后还是原位置，哪些元素在扩容之后在新位置，这样遍历完双向链表后，就会得到两个子链表，一个放在原下标位置，一个放在新下标位置，如果原下标位置或新下标位置没有元素，则红黑树不用拆分，否则判断这两个子链表的长度，如果超过八，则转成红黑树放到对应的位置，否则把单向链表放到对应的位置。
7. 元素转移完了之后，在把新数组对象赋值给HashMap的table属性，老数组会被回收到。

为什么HashMap的数组的大小是2的幂次方数？

JDK7的HashMap是数组+链表实现的

JDK8的HashMap是数组+链表+红黑树实现的

当某个key-value对需要存储到数组中时，需要先生成一个数组下标index，并且这个index不能越界。

在HashMap中，先得到key的hashcode，hashcode是一个数字，然后通过 hashcode & (table.length - 1) 运算得到一个数组下标index，是通过与运算计算出来一个数组下标的，而不是通过取余，与运算相比于取余运算速度更快，就是数组的长度得是一个2的幂次方数。2的幂次方数二进制值都是1，10，100，1000.......2的幂次方数-1的二进制值都是11，111，1111......&运算计算出来的值都会小于表长。不然会增加哈希碰撞概率，浪费内存

Hashtable：

public class Hashtable<K,V>
    extends Dictionary<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable {
{
	......
}

HashMap的父类是 Dictionary，继承了Map<K,V>Cloneable, Serializable

HashTable类的使用方法和HashMap基本一样

LinkedHashMap：

public class LinkedHashMap<K,V>
    extends HashMap<K,V>
    implements Map<K,V>
{
	......
}

inkedHashMap类继承了HashMap类。

LinkedHashMap类的使用方法和HashMap基本一样

TreeMap：

public class TreeMap<K,V>
    extends AbstractMap<K,V>
    implements NavigableMap<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable
{
	......
}

TreeMap中的元素是有序的，默认的排序规则是按照key的字典顺序升序排序

TreeMap类的使用方法和HashMap基本一样

4类区别：

相同点

1)HashMap、Hashtable、LinkedHashMap、TreeMap都实现了Map接口

2)四者都保证了Key的唯一性，即不允许Key重复

排序

HashMap不保证元素的顺序

Hashtable不保证元素的顺序

LinkHashMap保证FIFO即按插入顺序排序（链表）

TreeMap保证元素的顺序，支持自定义排序规则（树）