Java集合框架——JCF，在java 1.2版本中被加入，它包含了大量集合操作，是Java体系中的重要组成部分。网上已有很多JCF的框架图，这里根据自己的理解整理了一份JCF框架图如下：

JCF主要包含了Set、List、Queue、Map4个接口，笔者对于该框架图中每个类的理解进行了文字性的描述如下，大部分以关键字进行说明。

Set

HashSet

底层用`HashMap`实现
允许`null`值
不重复原理：HashMap.keySet()，`HashSet`的值用作`HashMap`的键

TreeSet

TreeMap排序，插入时比较次序，红黑树为了实现排序，须满足以下1条：
TreeSet中的元素须实现Comparable接口
或者
构造TreeSet时须传入实现Comparable接口的类的对象

LinkedHashSet

继承自`HashSet`，构造方法全部调用父类同一个构造方法
底层实现为`LinkedHashMap`

List

List 特有的迭代器 ListIterator 接口，继承了 Iterator 接口

不仅可以正向遍历，还能反向遍历

ArrayList

since 1.2，非线程安全
实现了接口RandomAccess，随机访问(即，通过索引序号访问)效率最高，而使用迭代器的效率最低
内部数组实现，除非构造时指定大小，否则构造后为空数组，添加第一个元素时才分配默认大小10
增加元素时先扩容，扩容为原数组大小的1.5倍 或者 原大小+新增的元素个数
增删元素时调用System.arraycopy
删除、插入慢，查找快
删除元素、查找元素下标等操作时，从0遍历数组查看元素是否为`null`或equals比较

LinkedList

既是`List`，又是栈和队列
双向链表，节点`Node(item, next, prev)`，第一个元素`first`，最后一个元素`last`
删除、插入快，查找慢
通过索引随机访问元素时，判断集合大小的一半与索引大小，向前寻找`prev`或向后寻找`next`
删除元素、查找元素下标等操作时，从`first`开始遍历数组查看元素是否为`null`或equals比较

Vector

since 1.0，线程安全
和ArrayList类似，实现了接口RandomAccess，内部以数组实现
除非构造时指定数组大小，否则构造时分配默认大小10
除非构造时指定扩容增量，否则扩容为原大小的两倍 或者 原大小+新增的元素个数
其余增删改查操作和`ArrayList`几乎相同

Stack

继承自`Vector`，将其作为栈使用
实现了5种栈的操作(包含增删查，`push`、 `pop`、 `peek`)
官方推荐使用`Deque`代替`Stack`

Queue

队列接口，提供增删查3种操作
每种操作有两种形式：
一种在操作失败时抛出异常
另一种在操作失败时返回`null`或`false`
所以该接口架构提供了6种方法

Deque

`double ended queue`，继承自`Queue`
两端都可以增删查的线性集合，可以表示栈和队列
所以提供的操作是`Queue`的两倍，共12种操作
另外还有`Queue`的6种方法和栈的`push`、 `pop`方法
其中栈和队列的方法分别对应它的12种方法中的一种

ArrayDeque

循环数组实现的双端队列
数组大小默认为16，`head`和`tail`分别为头尾索引，数组没有元素时两个索引相等
每次新增元素后，如果`head`和`tail`相等，说明数组已满，此时进行扩容
扩容后的大小为原数组两倍，分两次进行复制
第一次复制head右边的元素，第二次复制head左边的元素。
扩容后重置`head`为0，`tail`为数组大小`n`

PriorityQueue

优先队列：通过最小堆实现，根节点最小，不允许`null`元素
元素大小的比较可以通过元素本身的自然顺序，也可以通过构造时传入的比较器
底层实现为数组`Object[] queue`，将最小堆中的元素按照层序遍历的方式放入数组，默认大小为11
扩容时如果原大小不足64，则扩为原大小的两倍，否则扩为原大小的1.5倍
索引为`n`的节点的两个子节点索引分别为`2n+1`和`2n+2`，父节点索引为`(n-1)/2`
队列的3种操作：
`增`:上滤
`删`:下滤
`查`:直接返回`(size == 0) ? null : (E) queue[0]`

Map

HashMap

since 1.2
接收`null`的键值，存储着`Node(hash, key, value, next)`对象
线程不安全
顺序不能保证
拉链法：哈希桶数组+链表(jdk8.0+红黑树)
性能相关初始容量(16)，这是一种非常规的设计，常规的设计是把桶的大小设计为素数。相对来说素数导致冲突的概率要小于合数这里采用这种非常规设计，主要是为了在取模和扩容时做优化，同时为了减少冲突，HashMap定位哈希桶索引位置时，也加入了高位参与运算的过程。加载因子(0.75)
hash值的计算: `key`的`hashcode`的高16位和低16位的异或，主要是从速度、功效、质量来考虑
桶索引：利用位运算实现`hash`值对数组长度取余
时间复杂度常数(假设哈希函数保证元素在各个桶之间均匀分布)数组+链表：O(1)+O(n)数组+红黑树：O(1)+O(logn)
扩容时间点插入第一对键值对插入新键值对后键值对数量超过阙值
扩容过程哈希桶数组大小翻倍因为桶索引使用位运算得到，数组大小n为2的指数，所以`n-1`相当于比扩容前多使用了1个bit`1`，因此新的桶索引只需要看原来的hash值对应新增的那个bit是1还是0就好了，是0的话索引没变，是1的话索引变成“原索引+原哈希桶大小”这样既节省了计算时间，又能使之前冲突的节点有再次打散的可能。
存过程计算哈希桶索引，如果没冲突，直接插入新的键值对如果有冲突，判断是否为同一个key，是则更新键值对(新旧hash== 且 新旧key==或新旧key满足equals)如果不是一个key，判断是否为红黑树节点，如果是，直接插入新的树节点。如果不是树节点（说明链表大小还没达到转变为红黑树的阙值），遍历链表，查看是否有相同的key，有则更新对应的键值对如果遍历结束仍没找到相同的key，则在链表末尾插入新的键值对，此时如果链表长度太长(默认超过8)，就将链表转换为红黑树，从而提高速度结果在链表起始或链表末尾处插入新键值对在链表起始或链表某个节点处更新键值对将更新后的键值对移至链表末尾取计算哈希桶索引，如果桶中第1个节点为`null`，则返回`null`如果有节点，判断是否为同一个key，是则返回该节点的值如果不是，判断是否为红黑树节点，是的话直接查找该树节点，并返回它的值如果不是树节点，则遍历链表查看是否有相同的key，有则返回对应节点的值如果遍历结束仍没有找到相同的key，则返回`null`注意：返回`null`也可能是对应key的值就是`null`

TreeMap

since 1.2
为了实现排序，须满足以下1条：
`key`须实现Comparable接口
或者
构造`TreeMap`时须传入实现Comparable接口的类的对象，将其赋值给比较器`comparator`内部实现为红黑树，根节点`root`，节点对象`Entry(key、value、left、right、parent、color)`
红黑树是满足如下条件的二叉查找树：每个节点要么是红色，要么是黑色根节点必须是黑色红色节点不能连续（即：红色节点的孩子和父亲都不能是红色）对于每个节点，从该点至null（树尾端）的任何路径，都含有相同个数的黑色节点
存判断根节点是否为`null`，是的话则将当前键值对保存为根节点否则从根节点开始，用`comparator`或者`key`本身与当前节点的`key`进行比较，如果相等则更新当前节点的值否则根据比较值的正负，继续与当前节点的右左子节点比较，直至到达叶节点如果到达叶节点后，则插入新的节点，并旋转红黑树，使树重新平衡取从根节点开始，用`comparator`或者`key`本身与当前节点的`key`进行比较，如果相等则返回当前节点的值否则根据比较值的正负，继续与当前节点的右左子节点比较，直至找到`key`相同的节点如果遍历结束，仍没有找到相同的节点，则返回`null`
删和取一样，找到`key`对应的`Entry`，如果找不到则返回否则删除这个节点，然后使树重新平衡

LinkedHashMap

继承自`HashMap`，结构基本和`HashMap`一样，二者唯一的区别是它在`HashMap`的基础上，将所有元素链接了起来，形成一个双向链表
因此它的元素对象`Entry`继承自`HashMap.Node`，多了`before`和`after`两个属性
元素`head`和`tail`分别指向双向链表的头尾，便于链表的遍历
这个双向链表的遍历有两种顺序：`insertion-order (默认顺序)`和`access-order`
当采用`insertion-order`时，增查操作同`HashMap`，同时迭代顺序和插入顺序相同
当采用`access-order`时，可用于构建`LRU`缓存，新增元素后可选择是否删除最旧的元素，查找元素后将该元素置于双向链表的末尾

非集合框架

Hashtable

since 1.0，线程安全，继承自抽象类`Dictionary`
不接收`null`的键值
拉链法：哈希桶数组+链表
其他和`HashMap`类似

参考资料：
1. Java 8源码
2. 深入理解Java集合框架
3. 数据结构与算法系列
4. Data Structures & Algorithms

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Java集合框架(JCF)归纳总结

Set

HashSet

TreeSet

LinkedHashSet

List

List 特有的迭代器 ListIterator 接口，继承了 Iterator 接口

ArrayList

LinkedList

Vector

Stack

Queue

Queue

Deque

ArrayDeque

PriorityQueue

Map

HashMap

TreeMap

LinkedHashMap

非集合框架

Hashtable

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