前言

对于每个从事Java开发的程序员来讲，说到集合并不会陌生，但是要把Java中的集合都罗列出来并说出用法并非那么容易，因为在平常的Java开发过程中基本上只会用到其中的几个。那么Java的集合到底有哪些呢？下面让我们一起来探索一下。

一、集合框架体系图

集合分为两大接口，分别是Collection和Map。Collection有三个子接口，分别是Set、List、Queue，这三个子接口下面又有一些抽象类以及各个抽象类下面的具体实现类。那么这些集合都有什么特点呢？下面我们以Set、List、Map这三大块中几个常用集合来说明。

二、Set

• HashSet
• 无序、唯一。依靠hashCode()和equals()来保证唯一
• HashSet能存null值，这也是它的一个特点
• 从下图HashSet的几个构造函数中我们不难看出它的底层是一个HashMap

public HashSet() { map = new HashMap<>();}public HashSet(Collection extends E> c) { map = new HashMap<>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16)); addAll(c);

}

public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) { map = new HashMap<>(initialCapacity, loadFactor);

}

public HashSet(int initialCapacity) { map = new HashMap<>(initialCapacity);}

• TreeSet
• 树形集合，唯一，有序
• 继承于AbstractSet，并实现了NavigableSet
• 有自然排序、自定义比较器排序两种排序方式
• 自然排序
• 1、被排序的类需要实现Comparable接口
• 2、重写其中的compareTo方法
• 自定义比较器排序
• 1、这种方法需要一个新的类实现Comparator接口并重写其中的compare方法
• LinkedHashSet
• 有序、唯一
• 非线程安全
• 底层是ListHashMap，所以既有链表的特点(有序)，也有哈希表的特点(唯一)

三、List

List结构图

• ArrayList
• 有序、非唯一。比较常用的集合类
• 非线程安全
• 从下图ArrayList的几个构造函数中我们不难看出它的底层是一个动态数组。它具有查询快，效率高，增删慢，每个元素之间不能有间隔的特点

public ArrayList(int initialCapacity) { if (initialCapacity > 0) { this.elementData = new Object[initialCapacity]; } else if (initialCapacity == 0) { this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; } else { throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity); }}public ArrayList() { this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;}public ArrayList(Collection extends E> c) { elementData = c.toArray(); if ((size = elementData.length) != 0) { // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652) if (elementData.getClass() != Object[].class) elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class); } else { // replace with empty array. this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA; }}

• LinkedList
• 有序，非唯一
• 底层数据结构是链表，查询比ArrayList慢，增删比ArrayList快，效率高
• 非线程安全

四、Map

Map结构图

• HashMap
• 无序、键唯一、键值允许为null。这是比较常用的集合类之一
• HashMap的工作原理：
• 使用put存储对象到HashMap中
• 当我们给put()方法传递键和值时
• 先对键调用hashCode()方法
• 返回的hashCode用于找到bucket位置来储存Entry对象
• HashMap是在bucket中储存键对象和值对象，作为Map.Entry
• 使用get(key)从HashMap中获取对象
• rehashing(扩容)的时机和细节
• HashMap的扩容机制是什么？什么时候会resize？
• 向容器里添加元素时，会触发判断
• 当前容器的元素个数，大于HashMap的阈值(当前数组的长度乘以加载因子的值)，就会自动扩容
• resize即扩容，重新计算容量，方法是使用一个新的数组代替已有的容量小的数组
• HashMap默认大小：
• 容量：指的是哈希表中桶的数量
• 初始容量：16
• 初始最大容量： 1 << 30(1<<30 表示1左移30位，每左移一位乘以2，所以就是1*2*30=1073741824)
• 初始加载因子：0.75f
• 阈值：容量 * 加载因子
• HashMap执行put方法时，两个对象的hashcode相同会发生什么？
• 因为hashcode相同，所以它们的bucket位置相同，哈希碰撞会发生
• 因为HashMap使用链表存储对象，这个Entry(包含有键值对的Map.Entry对象)会存储在链表中
• 因为HashMap在链表中存储的是键值对，使用get方法时，找到bucket位置之后，虽然存在同样的hashcode，但会调用keys.equals()方法去找到链表中正确的key节点，最终找到要找的值对象
• HashMap不足之处
• 高并发环境下数据容易出现错乱
• 在JDK1.8之前的版本中，HashMap采用数组+链表实现，用链表处理冲突，同一hash值的链表都存储在一个链表里。但是当链表中的元素较多，即hash值相等的元素较多时，通过key值依次查找的效率较低。而JDK1.8中，HashMap采用数组+链表+R-B Tree(红黑树)实现，当链表长度超过阈值(8)时，将链表转换为R-B Tree(红黑树)，这样大大减少了查找时间。结构示意图如下

结构示意图1

结构示意图2

结构示意图3

• LinkedHashMap
• 有序、键唯一，键值允许为null
• 从下图LinkedHashMap的部分源码中可以看出，LinkedHashMap继承自HashMap，所以HashMap的特性它都有，不同的是LinkedHashMap是有序的，而HashMap是无序的

public class LinkedHashMap extends HashMap implements Map

• HashTable
• 数组 + 链表形式存储
• 线程安全
• 无论是key还是value都不允许有null值的存在，在HashTable中调用Put方法时，如果key为null，直接抛出NullPointerException异常
• 遍历使用的是Enumeration列举
• 同步阻塞型、性能开销较大
• TreeMap
• 无序、键唯一
• TreeMap 是一个有序的key-value集合，非同步，基于R-B Tree(红黑树)实现，每一个key-value节点作为R-B Tree(红黑树)的一个节点
• 有自然排序和比较器排序，这两种排序方式在TreeSet已经说明了，在这就不展开来讲了
• ConcurrentHashMap
• 线程安全。在并发编程中，ConcurrentHashMap是一个经常被使用的数据结构，相比于HashTable以及Collections.synchronizedMap()，ConcurrentHashMap在线程安全的基础上提供了更好的写并发能力，但同时降低了对读一致性的要求
• ConcurrentHashMap为了提高本身的并发能力，在内部采用了一个叫做Segment的结构，一个Segment其实就是一个类Hash Table的结构，Segment内部维护了一个链表数组，用下面这一幅图来看下ConcurrentHashMap的内部结构

• 从上图我们可以看出，ConcurrentHashMap定位一个元素的过程需要进行两次Hash操作，第一次Hash定位到Segment，第二次Hash定位到元素所在的链表的头部，因此，这一种结构的带来的副作用是Hash的过程要比普通的HashMap要长，但是带来的好处是写操作的时候可以只对元素所在的Segment进行加锁即可，不会影响到其他的Segment。
• 从代码层面上我们来看下是怎么实现的，以get方法为例。从下面的代码中，我们可以看出segmentFor这个函数用于确定操作应该在哪一个segment中进行，这个函数用了位操作来确定Segment，根据传入的hash值向右无符号右移segmentShift位，然后和segmentMask进行与操作，可以得出以下结论：假设Segment的数量是2的n次方，根据元素的hash值的高n位就可以确定元素到底在哪一个Segment中。

public V get(Object key) {  int hash = hash(key.hashCode());  return segmentFor(hash) .get(key, hash);}final Segment segmentFor(int hash) {  return segments[(hash >>> segmentShift)  & segmentMask];}V get(Object key, int hash) { if (count != 0) { // read-volatile HashEntrye = getFirst(hash); while (e != null) { if (e.hash == hash && key.equals(e.key)) { V v = e.value; if (v != null) return v; return readValueUnderLock(e);  } e = e.next; } } return null;}

五、尾言

Java的集合类还是蛮多的，除了上述讲的这些，还有一些比较不常用或者已经被弃用的集合类没有做扩展，感兴趣的小伙伴们可以找Java Api文档来看，希望本文能给想学Java或者刚学Java的小伙伴们提供一点小小的启发～

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