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  • Java集合框架

    集合框架示意图

    集合类框架

    各个数据数据结构比较

    Vector和ArrayList

    1,vector是线程同步的,所以它也是线程安全的,而arraylist是线程异步的,是不安全的。如果不考虑到线程的安全因素,一般用arraylist效率比较高。
    2,如果集合中的元素的数目大于目前集合数组的长度时,vector增长率为目前数组长度的100%,而arraylist增长率为目前数组长度的50%。如果在集合中使用数据量比较大的数据,用vector有一定的优势。
    3,如果查找一个指定位置的数据,vector和arraylist使用的时间是相同的,如果频繁的访问数据,这个时候使用vector和arraylist都可以。而如果移动一个指定位置会导致后面的元素都发生移动,这个时候就应该考虑到使用linklist,因为它移动一个指定位置的数据时其它元素不移动。
    ArrayList 和Vector是采用数组方式存储数据,此数组元素数大于实际存储的数据以便增加和插入元素,都允许直接序号索引元素,但是插入数据要涉及到数组元素移动等内存操作,所以索引数据快,插入数据慢,Vector由于使用了synchronized方法(线程安全)所以性能上比ArrayList要差,LinkedList使用双向链表实现存储,按序号索引数据需要进行向前或向后遍历,但是插入数据时只需要记录本项的前后项即可,所以插入数度较快。

    arraylist和linkedlist

    1.ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构,LinkedList基于链表的数据结构。
    2.对于随机访问get和set,ArrayList觉得优于LinkedList,因为LinkedList要移动指针。
    3.对于新增和删除操作add和remove,LinkedList比较占优势,因为ArrayList要移动数据。 这一点要看实际情况的。若只对单条数据插入或删除,ArrayList的速度反而优于LinkedList。但若是批量随机的插入删除数据,LinkedList的速度大大优于ArrayList. 因为ArrayList每插入一条数据,要移动插入点及之后的所有数据。

    HashMap与TreeMap

    1、 HashMap通过hashcode对其内容进行快速查找,而TreeMap中所有的元素都保持着某种固定的顺序,如果你需要得到一个有序的结果你就应该使用TreeMap(HashMap中元素的排列顺序是不固定的)。
    2、在Map 中插入、删除和定位元素,HashMap是最好的选择。但如果您要按自然顺序或自定义顺序遍历键,那么TreeMap会更好。使用HashMap要求添加的键类明确定义了hashCode()和 equals()的实现。
    两个map中的元素一样,但顺序不一样,导致hashCode()不一样。
    同样做测试:
    在HashMap中,同样的值的map,顺序不同,equals时,false;
    而在treeMap中,同样的值的map,顺序不同,equals时,true,说明,treeMap在equals()时是整理了顺序了的。

    HashTable与HashMap

    1、同步性:Hashtable是线程安全的,也就是说是同步的,而HashMap是线程序不安全的,不是同步的。
    2、HashMap允许存在一个为null的key,多个为null的value 。
    3、hashtable的key和value都不允许为null。

    部分数据结构原理

    HashTable

    1、底层数组+链表实现,无论key还是value都不能为null,线程安全,实现线程安全的方式是在修改数据时锁住整个HashTable,效率低,ConcurrentHashMap做了相关优化;
    2、初始size为11,扩容:newsize = olesize*2+1;
    3、计算index的方法:index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length。

    HashMap

    1、底层数组+链表实现,可以存储null键和null值,线程不安全;
    2、初始size为16,扩容:newsize = oldsize*2,size一定为2的n次幂;
    3、扩容针对整个Map,每次扩容时,原来数组中的元素依次重新计算存放位置,并重新插入;
    4、插入元素后才判断该不该扩容,有可能无效扩容(插入后如果扩容,如果没有再次插入,就会产生无效扩容);
    5、当Map中元素总数超过Entry数组的75%,触发扩容操作,为了减少链表长度,元素分配更均匀
    6、 计算index方法:index = hash & (tab.length – 1)。

    ConcurrentHashMap

    1、底层采用分段的数组+链表实现,线程安全;
    2、 通过把整个Map分为N个Segment,可以提供相同的线程安全,但是效率提升N倍,默认提升16倍(读操作不加锁,由于HashEntry的value变量是 volatile的,也能保证读取到最新的值);
    3、Hashtable的synchronized是针对整张Hash表的,即每次锁住整张表让线程独占;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;
    4、有些方法需要跨段,比如size()和containsValue(),它们可能需要锁定整个表而而不仅仅是某个段,这需要按顺序锁定所有段,操作完毕后,又按顺序释放所有段的锁;
    5、扩容:段内扩容(段内元素超过该段对应Entry数组长度的75%触发扩容,不会对整个Map进行扩容),插入前检测需不需要扩容,有效避免无效扩容;
    6、ConcurrentHashMap是使用了锁分段技术来保证线程安全的。
    7、锁分段技术:首先将数据分成一段一段的存储,然后给每一段数据配一把锁,当一个线程占用锁访问其中一个段数据的时候,其他段的数据也能被其他线程访问。 ConcurrentHashMap提供了与Hashtable和SynchronizedMap不同的锁机制。Hashtable中采用的锁机制是一次锁住整个hash表,从而在同一时刻只能由一个线程对其进行操作;而ConcurrentHashMap中则是一次锁住一个桶。ConcurrentHashMap默认将hash表分为16个桶,诸如get、put、remove等常用操作只锁住当前需要用到的桶。这样,原来只能一个线程进入,现在却能同时有16个写线程执行,并发性能的提升是显而易见的。

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