Java基础篇：Java集合

文章目录

1、概述
2、Collection接口
- 2.1 Collection接口方法
- 2.2 Iterator迭代器接口
- 2.3 Collection子接口之：List接口
- 2.4 Collection子接口之：Set接口
3、Map接口
- 3.1 概述
- 3.2 Map接口：常用方法
- 3.3 Map实现类之：HashMap
- 3.4 Map实现类之：LinkedHashMap
- 3.5 Map实现类之：TreeMap
- 3.6 Map实现类之：Hashtable
- 3.7 Map实现类之：Properties
4、Collections工具类

1、概述

面向对象语言对事物的体现都是以对象的形式，为了方便对多个对象的操作，就要对对象进行存储。
使用Array存储对象方面具有一些弊端，而Java 集合就像一种容器，可以动态地把多个对象的引用放入容器中。
数组在内存存储方面的特点
1. 数组初始化以后，长度就确定了
2. 数据声明的类型，就决定了进行元素初始化时的类型
数组在存储数据方面的弊端
1. 数据初始化以后，长度就不可变了，不便于扩展
2. 数组中提供的属性和方法少，不便于进行添加、删除、插入等操作，且效率不高。同时无法直接获取存储元素的个数
3. 数组存储的数据是有序的、可以重复的。（存储数据的特点单一）

Java集合类可以用于存储数量不等的多个对象，还可用于保存具有映射关系的关联数组。

Java集合可分为Collection和Map两种体系

Collection接口：单列数据，定义了存取一组对象的方法的集合
1. List：元素有序、可重复的集合
2. Set：元素无序、不可重复的集合
Map接口：双列数据，保存具有映射关系“key-value对”的集合

Collection接口继承树

JDK提供的集合API位于java.util包内

Map接口的继承树

2、Collection接口

2.1 Collection接口方法

Collection 接口是 List、Set和 Queue接口的父接口，该接口里定义的方法既可用于操作Set集合，也可用于操作List和Queue 集合。
JDK不提供此接口的任何直接实现，而是提供更具体的子接口(如：Set和List)实现。
在 Java5 之前，Java集合会丢失容器中所有对象的数据类型，把所有对象都当成Object类型处理；从JDK 5.0增加了泛型以后，Java 集合可以记住容器中对象的数据类型。

常用方法

操作类型	方法名称
添加元素	add(Object obj) addAll(Collection coll)
获取有效元素的个数	int size()
清空集合	void clear()
是否是空集合	boolean isEmpty()
是否包含某个元素	boolean contains(Object obj)：是通过元素的equals方法来判断是否是同一个对象 boolean containsAll(Collection c)：也是调用元素的equals方法来比较的，拿两个集合的元素挨个比较
删除	boolean remove(Object obj)：通过元素的equals方法判断是否是要删除的那个元素。只会删除找到的第一个元素 boolean removeAll(Collection coll)：取当前集合的差集
取两个集合的交集	boolean retainAll(Collection c)：把交集的结果存在当前集合中，不影响c
集合是否相等	boolean equals(Object obj)
转成对象数组	Object[] toArray()
获取集合对象的哈希值	hashCode()
遍历	iterator()：返回迭代器对象，用于集合遍历

2.2 Iterator迭代器接口

使用Iterator接口遍历集合元素

Iterator对象称为迭代器(设计模式的一种)，主要用于遍历 Collection 集合中的元素。
GOF给迭代器模式的定义为：提供一种方法访问一个容器(container)对象中各个元素，而又不需暴露该对象的内部细节。迭代器模式，就是为容器而生。
Collection接口继承了java.lang.Iterable接口，该接口有一个iterator()方法，那么所有实现了Collection接口的集合类都有一个iterator()方法，用以返回一个实现了Iterator接口的对象。
Iterator 仅用于遍历集合，Iterator 本身并不提供承装对象的能力。如果需要创建Iterator 对象，则必须有一个被迭代的集合。
集合对象每次调用iterator()方法都得到一个全新的迭代器对象，默认游标都在集合的第一个元素之前。

Iterator接口的方法

hasNext()：判断是否还有下一个元素
next()：①指针下移；②将下移以后集合位置上的元素返回

Iterator接口remove()方法

@Testpublic void testAdd(){Collection collection = new ArrayList();collection.add("AA");collection.add("BB");collection.add(123);collection.add(new Date());//回到起点Iterator iterator = collection.iterator();while (iterator.hasNext()) {          Object next = iterator.next();if ("BB".equals(next)) {iterator.remove();}}}

注意：

Iterator可以删除集合的元素，但是遍历过程稿中通过迭代器对象的remove方法，不是集合对象的remove方法
如果还未调用next()或者在上一次调用next方法之后已经调用了remove方法，再调用remove都会报java.lang.IllegalStateException

2.3 Collection子接口之：List接口

List接口概述

鉴于Java中数组用来存储数据的局限性，我们通常使用List替代数组
List集合类中元素有序、且可重复，集合中的每个元素都有其对应的顺序索引
List容器中的元素都对应一个整数型的序号记载其在容器中的位置，可以根据序号存取容器中的元素
JDK API中List接口的实现类常用的有：ArrayList、LinkedList和Vector

List接口方法

List除了从Collection集合继承的方法外，List 集合里添加了一些根据索引来操作集合元素的方法。

void add(int index, Object ele):在index位置插入ele元素
boolean addAll(int index, Collection eles):从index位置开始将eles中的所有元素添加进来
Object get(int index):获取指定index位置的元素
int indexOf(Object obj):返回obj在集合中首次出现的位置
int lastIndexOf(Object obj):返回obj在当前集合中末次出现的位置
Object remove(int index):移除指定index位置的元素，并返回此元素
Object set(int index, Object ele):设置指定index位置的元素为ele
List subList(int fromIndex, int toIndex):返回从fromIndex到toIndex位置（左闭右开）的子集合

List实现类之一：ArrayList

ArrayList 是 List 接口的典型实现类、主要实现类。本质上，ArrayList是对象引用的一个”变长”数组

ArrayList的JDK1.8之前与之后的实现区别？

JDK1.7：ArrayList像饿汉式，直接创建一个初始容量为10的数组

JDK1.8：ArrayList像懒汉式，一开始创建一个长度为0的数组，当添加第一个元素时再创建一个始容量为10的数组

Arrays.asList(…) 方法返回的 List 集合，既不是 ArrayList 实例，也不是Vector 实例。 Arrays.asList(…) 返回值是一个固定长度的 List 集合

List实现类之二：LinkedList

对于频繁的插入或删除元素的操作，建议使用LinkedList类，效率较高

新增方法如下：

void addFirst(Object obj)
void addLast(Object obj)
Object getFirst()
Object getLast()
Object removeFirst()
Object removeLast()

LinkedList：双向链表，内部没有声明数组，而是定义了Node类型的first和last，用于记录首末元素。同时，定义内部类Node，作为LinkedList中保存数据的基本结构。Node除了保存数据，还定义了两个变量：

prev变量记录前一个元素的位置
next变量记录下一个元素的位置

List实现类之三：Vector

Vector 是一个古老的集合，JDK1.0就有了。大多数操作与ArrayList相同，区别之处在于Vector是线程安全的。

在各种list中，最好把ArrayList作为缺省选择。当插入、删除频繁时，使用LinkedList；Vector总是比ArrayList慢，所以尽量避免使用。

新增方法：

void addElement(Object obj)
void insertElementAt(Object obj,int index)
void setElementAt(Object obj,int index)
void removeElement(Object obj)
void removeAllElements()

面试题：请问ArrayList、LinkedList、Vector的异同？谈谈你的理解？ArrayList底层是什么？扩容机制？Vector和ArrayList的最大区别？

参考：

相同点：三个类都是实现了List接口，存储数据的特点相同：存储有序的、可重复的数据

不同点：

ArrayList：作为List接口的主要实现类；线程不安全的，效率高；底层使用Object[] elementData存储
LinkedList：对于频繁的插入、删除操作，使用此类效率比ArrayList高；底层使用双向链表存储
Vector：作为List接口的古老实现类；线程安全的，效率低；底层使用Object[] elementData存储

ArrayList源码分析

JDK1.7情况下

ArrayList list = new ArrayList();//底层创建了长度为10的Object[]数组elementData

list.add(12345);//elementData[0]= new Integer(12345);

……

list.add(233);//如果此次的添加导致底层elementData数组容量不够，则扩容。默认情况下，扩容为原来容量的1.5倍，同时需要将原有数组中的数据复制到新的数组中

建议：在开发中使用带参的构造器：ArrayList list = new ArrayList(int capacity);

JDK1.8情况下

ArrayList list = new ArrayList();//底层Object[] elementData初始化为{}，并没有创建长度为10的数组

list.add(12345);//第一次调用add()时，底层才创建了长度为10的数组，并将数据12345添加到elementData[0]中;

后续的添加和扩容操作与JDK7无异。

小结：JDK7中的ArrayList的对象创建类似于单例的饿汉式；而JDK8中的ArrayList的对象的创建类似于单例的懒汉式，延迟了数组的创建，节省内存。

ArrayList和LinkedList的异同

二者都线程不安全，相对线程安全的Vector，执行效率高。

此外，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。对于随机访问get和set，ArrayList觉得优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针。对于新增和删除操作add(特指插入)和remove，LinkedList比较占优势，因为ArrayList要移动数据。

ArrayList和Vector的区别

Vector和ArrayList几乎是完全相同的,唯一的区别在于Vector是同步类

synchronized)，属于强同步类。因此开销就比ArrayList要大，访问要慢。正常情况下,大多数的Java程序员使用ArrayList而不是Vector,因为同步完全可以由程序员自己来控制。Vector每次扩容请求其大小的2倍空间，而ArrayList是1.5倍。Vector还有一个子类Stack。

2.4 Collection子接口之：Set接口

Set接口概述

Set接口是Collection的子接口，set接口没有提供额外的方法
Set集合不允许包含相同的元素，如果是把两个相同的元素加入同一个Set集合中，则添加操作失败。
Set判断两个对象是否相同不是使用运算符，而是根据 equals()方法

Set实现类之一：HashSet

HashSet是Set接口的典型实现，大多数时候使用Set集合时都使用这个实现类。
HashSet按Hash算法来存储集合中的元素，因此具有很好的存取、查找、删除性能。
HashSet 具有以下特点：
1. 不能保证元素的排列顺序
2. HashSet 不是线程安全的
3. 集合元素可以是 null
HashSet 集合判断两个元素相等的标准：两个对象通过 hashCode() 方法比较相等，并且两个对象的 equals() 方法返回值也相等。
对于存放在Set容器中的对象，对应的类一定要重写equals()和hashCode(Object obj)方法，以实现对象相等规则。即：“相等的对象必须具有相等的散列码”。

以HashSet为例说明

1、无序性：不等于随机性。存储的数据在底层数组中并非按照数组索引的顺序添加，而是根据数据的哈希值决定的

2、不可重复性：保证添加的元素按照equals()判断时，不能返回true。即：相同的元素只能添加一个。

向HashSet中添加元素的过程：

假如向HashSet中添加元素a，首先调用元素a所在类的hashCode()方法，计算元素a的哈希值，此哈希值接着通过某种算法计算出在HashSet底层数组中的存放位置（即为：索引位置），判断数组此位置上是否已经有元素：

如果此位置上没有元素，则元素a条添加成功，①

如果此位之上有其他元素b（或者以链表形式存在的多个元素），则比较元素a和元素b的hash值：

如果hash值不相同，则元素a添加成功。②

如果hash值相同，进而需要调用元素a所在类的equals方法：

equals()返回true，元素a添加失败

equals()返回false，则元素a添加成功③

对于添加成功的情况②和③而言，元素a与已经存在指定索引位置上数据以链表的方式存储。

HashSet底层：数组+链表的结构（前提是JDK7）

重写hashCode()方法的基本原则

在程序运行时，同一个对象多次调用 hashCode() 方法应该返回相同的值。
当两个对象的 equals() 方法比较返回 true 时，这两个对象的 hashCode()方法的返回值也应相等。
对象中用作 equals() 方法比较的 Field，都应该用来计算 hashCode 值。

重写equals()方法的基本原则

以自定义的User类为例，何时需要重写equals()?

当一个类有自己特有的“逻辑相等”概念,当改写equals()的时候，总是要改写hashCode()，根据一个类的equals方法（改写后），两个截然不同的实例有可能在逻辑上是相等的，但是，根据Object.hashCode()方法，它们仅仅是两个对象。
因此，违反了==“相等的对象必须具有相等的散列码”==。
结论：复写equals方法的时候一般都需要同时复写hashCode方法。通常参与计算hashCode的对象的属性也应该参与到equals()中进行计算。

以Eclipse/IDEA为例，在自定义类中可以调用工具自动重写equals和hashCode

问题：为什么用Eclipse/IDEA复写hashCode方法，有31这个数字？

@Overridepublic boolean equals(Object o) {if (this == o) return true;if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;User user = (User) o;if (name != null ? !name.equals(user.name) : user.name != null) return false;return age != null ? age.equals(user.age) : user.age == null;}@Overridepublic int hashCode() {int result = name != null ? name.hashCode() : 0;result = 31 * result + (age != null ? age.hashCode() : 0);return result;}

选择系数的时候要选择尽量大的系数。因为如果计算出来的hash地址越大，所谓的“冲突”就越少，查找起来效率也会提高。（减少冲突）
并且31只占用5bits,相乘造成数据溢出的概率较小
31可以由i*31== (i<<5)-1来表示,现在很多虚拟机里面都有做相关优化。（提高算法效率）
31是一个素数，素数作用就是如果我用一个数字来乘以这个素数，那么最终出来的结果只能被素数本身和被乘数还有1来整除！(减少冲突)

Set实现类之二：LinkedHashSet

LinkedHashSet 是 HashSet 的子类
LinkedHashSet 根据元素的 hashCode 值来决定元素的存储位置，但它同时使用双向链表维护元素的次序，这使得元素看起来是以插入顺序保存的。
LinkedHashSet插入性能略低于 HashSet，但在迭代访问 Set 里的全部元素时有很好的性能。
LinkedHashSet 不允许集合元素重复。

LinkedHashSet底层结构

Set实现类之三：TreeSet

TreeSet 是 SortedSet 接口的实现类，TreeSet 可以确保集合元素处于排序状态。
TreeSet底层使用红黑树结构存储数据
新增的方法如下：
1. Comparator comparator()
2. Object first()
3. Object last()
4. Object lower(Object e)
5. Object higher(Object e)
6. SortedSet subSet(fromElement, toElement)
7. SortedSet headSet(toElement)
8. SortedSet tailSet(fromElement)
TreeSet 两种排序方法：自然排序和定制排序。默认情况下，TreeSet 采用自然排序。

排序——自然排序

自然排序：TreeSet 会调用集合元素的 compareTo(Object obj) 方法来比较元素之间的大小关系，然后将集合元素按升序(默认情况)排列
如果试图把一个对象添加到 TreeSet 时，则该对象的类必须实现 Comparable 接口。
实现 Comparable 的类必须实现 compareTo(Object obj) 方法，两个对象即通过compareTo(Object obj) 方法的返回值来比较大小。
Comparable 的典型实现：
1. BigDecimal、BigInteger 以及所有的数值型对应的包装类：按它们对应的数值大小进行比较
2. Character：按字符的 unicode值来进行比较
3. Boolean：true 对应的包装类实例大于 false 对应的包装类实例
4. String：按字符串中字符的 unicode 值进行比较
5. Date、Time：后边的时间、日期比前面的时间、日期大
向 TreeSet 中添加元素时，只有第一个元素无须比较compareTo()方法，后面添加的所有元素都会调用compareTo()方法进行比较。
因为只有相同类的两个实例才会比较大小，所以向 TreeSet 中添加的应该是同一个类的对象。
对于 TreeSet 集合而言，它判断两个对象是否相等的唯一标准是：两个对象通过 compareTo(Object obj) 方法比较返回值。
当需要把一个对象放入 TreeSet 中，重写该对象对应的 equals() 方法时，应保证该方法与 compareTo(Object obj) 方法有一致的结果：如果两个对象通过
equals() 方法比较返回 true，则通过 compareTo(Object obj) 方法比较应返回 0。否则，让人难以理解。

排序——定制排序

TreeSet的自然排序要求元素所属的类实现Comparable接口，如果元素所属的类没有实现Comparable接口，或不希望按照升序(默认情况)的方式排列元素或希望按照其它属性大小进行排序，则考虑使用定制排序。定制排序，通过Comparator接口来实现。需要重写compare(T o1,T o2)方法。
利用int compare(T o1,T o2)方法，比较o1和o2的大小：如果方法返回正整数，则表示o1大于o2；如果返回0，表示相等；返回负整数，表示o1小于o2。
要实现定制排序，需要将实现Comparator接口的实例作为形参传递给TreeSet的构造器。
此时，仍然只能向TreeSet中添加类型相同的对象。否则发生ClassCastException异常。
使用定制排序判断两个元素相等的标准是：通过Comparator比较两个元素返回了0。

面试题：

1、在List内去除重复数字值，要求尽量简单

#借用Set集合的特性，来去除List中的重复数据private static List duplicateList(List list) {HashSet set = new HashSet();set.addAll(list);return new ArrayList(set);}@Testpublic  void testList() {List list = new ArrayList();list.add(new Integer(1));list.add(new Integer(2));list.add(new Integer(2));list.add(new Integer(4));list.add(new Integer(4));List list2 = duplicateList(list);for (Object integer : list2) {System.out.println(integer);}}

2、以下代码的输出结果是什么？

其中Person类中重写了hashCode()和equal()方法

HashSet set = new HashSet();
Person p1 = new Person(1001,"AA");
Person p2 = new Person(1002,"BB");
set.add(p1);
set.add(p2);
p1.setName("CC");
set.remove(p1);
System.out.println(set);
set.add(new Person(1001,"CC"));
System.out.println(set);
set.add(new Person(1001,"AA"));
System.out.println(set);

以上题目主要考察队Set原理的理解，具体输出结果如下

@Test
public  void test(){HashSet set = new HashSet();Person p1 = new Person(1001,"AA");Person p2 = new Person(1002,"BB");set.add(p1);set.add(p2);//[Person{id=1002, name='BB'}, Person{id=1001, name='AA'}]System.out.println(set);p1.setName("CC");//在调用remove方法的时候会计算p1的哈希值，然后再去底层数组上寻找是否存在对应的元素，此处remove方法无效set.remove(p1);//[Person{id=1002, name='BB'}, Person{id=1001, name='CC'}]System.out.println(set);set.add(new Person(1001,"CC"));//[Person{id=1002, name='BB'}, Person{id=1001, name='CC'}, Person{id=1001, name='CC'}]System.out.println(set);set.add(new Person(1001,"AA"));//[Person{id=1002, name='BB'}, Person{id=1001, name='CC'}, Person{id=1001, name='CC'}, Person{id=1001, name='AA'}]System.out.println(set);
}

3、Map接口

3.1 概述

Map与Collection并列存在。用于保存具有映射关系的数据:key-value
Map中的key和value都可以是任何引用类型的数据
Map中的key用Set来存放，不允许重复，即同一个 Map 对象所对应的类，须重写hashCode()和equals()方法
常用String类作为Map的“键”
key 和 value 之间存在单向一对一关系，即通过指定的 key 总能找到唯一的、确定的 value
Map接口的常用实现类：HashMap、TreeMap、LinkedHashMap和Properties。其中，HashMap是 Map 接口使用频率最高的实现类

3.2 Map接口：常用方法

添加、删除、修改操作：
1. Object put(Object key,Object value)：将指定key-value添加到(或修改)当前map对象中
2. void putAll(Map m):将m中的所有key-value对存放到当前map中
3. Object remove(Object key)：移除指定key的key-value对，并返回value
4. void clear()：清空当前map中的所有数据
元素查询的操作：
1. Object get(Object key)：获取指定key对应的value
2. boolean containsKey(Object key)：是否包含指定的key
3. boolean containsValue(Object value)：是否包含指定的value
4. int size()：返回map中key-value对的个数
5. boolean isEmpty()：判断当前map是否为空
6. boolean equals(Object obj)：判断当前map和参数对象obj是否相等
元视图操作的方法：
1. Set keySet()：返回所有key构成的Set集合
2. Collection values()：返回所有value构成的Collection集合
3. Set entrySet()：返回所有key-value对构成的Set集合

3.3 Map实现类之：HashMap

HashMap是 Map 接口使用频率最高的实现类。
允许使用null键和null值，与HashSet一样，不保证映射的顺序。
所有的key构成的集合是Set:无序的、不可重复的。所以，key所在的类要重写：equals()和hashCode()
所有的value构成的集合是Collection:无序的、可以重复的。所以，value所在的类要重写：equals()
一个key-value构成一个entry
所有的entry构成的集合是Set:无序的、不可重复的
HashMap 判断两个 key 相等的标准是：两个 key 通过 equals() 方法返回 true，hashCode 值也相等。
HashMap 判断两个 value相等的标准是：两个 value 通过 equals() 方法返回 true。

HashMap的存储结构

JDK7及以前的版本：HashMap是数组+链表结构（即链地址法）

JDK 8版本发布以后：HashMap是数组+链表+红黑树实现。

HashMap的底层实现原理

<1>JDK1.7及以前版本

HashMap map = new HashMap();

在实例化以后，底层创建了长度是16的一维数组Entry[] table,

……可能已经执行过多次put……

map.put(key1,value1):

首先，调用key1所在类的hashCode()计算key1哈希值，此哈希值经过某种算法计算以后，得到在Entry数组中的存放位置；

如果此位置上的数据为空，此时的key1-value1添加成功。①

如果此位置上的数据不为空（意味着此位之上存在一个或多个数据（以链表形式存在）），比较key1和已经存在的一个或者多个数据的哈希值：

如果key1的哈希值与已经存在的数据的哈希值都不相同，此时key1-value1添加成功②

如果key1的哈希值与已经存在的某一个数据（如key2-value2）的哈希值想用，继续比较：调用key1所在类的equals(key2)

如果equals()返回false：此时key1-value1添加成功②

如果equals()返回true：使用value1替换value2

注意：在不断添加的过程中，会涉及到扩容问题，默认的扩容方式：扩容为原来容量的2倍，并将原有的数据复制过来

HashMap的扩容

当HashMap中的元素越来越多的时候，hash冲突的几率也就越来越高，因为数组的长度是固定的。所以为了提高查询的效率，就要对HashMap的数组进行扩容，而在HashMap数组扩容之后，最消耗性能的点就出现了：原数组中的数据必须重新计算其在新数组中的位置，并放进去，这就是resize。

void resize(int newCapacity) {Entry[] oldTable = table;int oldCapacity = oldTable.length;if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {threshold = Integer.MAX_VALUE;return;}Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];boolean oldAltHashing = useAltHashing;useAltHashing |= sun.misc.VM.isBooted() &&(newCapacity >= Holder.ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD);boolean rehash = oldAltHashing ^ useAltHashing;transfer(newTable, rehash);table = newTable;threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);}

那么HashMap什么时候进行扩容呢？

当HashMap中的元素个数超过数组大小(数组总大小length,不是数组中个数size)*loadFactor时，就会进行数组扩容， loadFactor 的默认值(DEFAULT_LOAD_FACTOR)为0.75，这是一个折中的取值。也就是说，默认情况下，数组大小(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)为16，那么当HashMap中元素个数超过16*0.75=12（这个值就是代码中的threshold值，也叫做临界值）的时候，就把数组的大小扩展为 2*16=32，即扩大一倍，然后重新计算每个元素在数组中的位置，而这是一个非常消耗性能的操作，所以如果我们已经预知HashMap中元素的个数，那么预设元素的个数能够有效的提高HashMap的性能

<2>JDK1.8版本发布以后

JDK8相较于JDK7在底层实现方面的不同：

new HashMap()：底层没有创建一个长度为16的数组
JDK8底层的数组是：Node[]，而不是Entry[]
首先调用put()方法时，底层创建长度为16的数组
JDK6底层结构只有：数组和链表。JDK8中底层结构：数组+链表+红黑树。当数组的某一个索引位置上的元素以链表形式存在的数据个数>8 且当前数组的长度 > 64时，此时索引位置上的所有数据改为使用红黑树存储。

HashMap的内部存储结构其实是数组+链表+树的结合。当实例化一个HashMap时，会初始化initialCapacity和loadFactor，在put第一对映射关系时，系统会创建一个长度为initialCapacity的Node数组，这个长度在哈希表中被称为容量(Capacity)，在这个数组中可以存放元素的位置我们称之为桶(bucket)，每个bucket都有自己的索引，系统可以根据索引快速的查找bucket中的元素。

每个bucket中存储一个元素，即一个Node对象，但每一个Node对象可以带一个引用变量next，用于指向下一个元素，因此，在一个桶中，就有可能生成一个Node链。也可能是一个一个TreeNode对象，每一个TreeNode对象可以有两个叶子结点left和right，因此，在一个桶中，就有可能生成一个TreeNode树。而新添加的元素作为链表的last，或树的叶子结点。

那么HashMap什么时候进行扩容和树形化呢？

当HashMap中的元素个数超过数组大小(数组总大小length,不是数组中个数size)*loadFactor 时，就会进行数组扩容， loadFactor 的默认值(DEFAULT_LOAD_FACTOR)为0.75，这是一个折中的取值。也就是说，默认情况下，数组大小(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)为16，那么当HashMap中元素个数超过16*0.75=12（这个值就是代码中的threshold值，也叫做临界值）的时候，就把数组的大小扩展为 2*16=32，即扩大一倍，然后重新计算每个元素在数组中的位置，而这是一个非常消耗性能的操作，所以如果我们已经预知HashMap中元素的个数，那么预设元素的个数能够有效的提高HashMap的性能。

当HashMap中的其中一个链的对象个数如果达到了8个，此时如果capacity没有达到64，那么HashMap会先扩容解决，如果已经达到了64，那么这个链会变成树，结点类型由Node变成TreeNode类型。当然，如果当映射关系被移除后，下次resize方法时判断树的结点个数低于6个，也会把树再转为链表。

final Node<K,V>[] resize() {Node<K,V>[] oldTab = table;int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;int oldThr = threshold;int newCap, newThr = 0;if (oldCap > 0) {if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {threshold = Integer.MAX_VALUE;return oldTab;}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 thresholdnewCap = oldThr;else {               // zero initial threshold signifies using defaultsnewCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);}if (newThr == 0) {float ft = (float)newCap * loadFactor;newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?(int)ft : Integer.MAX_VALUE);}threshold = newThr;@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];table = newTab;if (oldTab != null) {for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {Node<K,V> e;if ((e = oldTab[j]) != null) {oldTab[j] = null;if (e.next == null)newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;else if (e instanceof TreeNode)((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);else { // preserve orderNode<K,V> loHead = null, loTail = null;Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;Node<K,V> next;do {next = e.next;if ((e.hash & oldCap) == 0) {if (loTail == null)loHead = e;elseloTail.next = e;loTail = e;}else {if (hiTail == null)hiHead = e;elsehiTail.next = e;hiTail = e;}} while ((e = next) != null);if (loTail != null) {loTail.next = null;newTab[j] = loHead;}if (hiTail != null) {hiTail.next = null;newTab[j + oldCap] = hiHead;}}}}}return newTab;}

总结：JDK1.8相较于之前的变化：

1.HashMap map = new HashMap();//默认情况下，先不创建长度为16的数组

2.当首次调用map.put()时，再创建长度为16的数组

3.数组为Node类型，在jdk7中称为Entry类型

4.形成链表结构时，新添加的key-value对在链表的尾部（七上八下）

5.当数组指定索引位置的链表长度>8时，且map中的数组的长度> 64时，此索引位置上的所有key-value对使用红黑树进行存储。

HashMap源码中的重要常量

名称	具体含义
DEFAULY_INITIAL_CAPACITY	HashMap的默认容量，16
MAXIMUM_CAPACITY	HashMap的最大支持容量，2^32
DEFAULT_LOAD_FACTOR	HashMap的默认加载因子
TREEIFY_THRESHOLD	Bucket中链表长度大于该默认值，转化为红黑树
	Bucket中红黑树存储的Node小于该默认值，转化为链表
MIN_TREEIFY_CAPACITY	桶中的Node被树化时最小的hash表容量。（当桶中Node的数量大到需要变红黑树时，若hash表容量小于MIN_TREEIFY_CAPACITY时，此时应执行resize扩容操作这个MIN_TREEIFY_CAPACITY的值至少是TREEIFY_THRESHOLD的4倍。）
table	存储元素的数组，总是2的n次幂
entrySet	存储具体元素的集
size	HashMap中存储的键值对的数量
modCount	HashMap扩容和结构改变的次数
threshold	扩容的临界值，=容量*填充因子
loadFactor	填充因子

面试题

<1>、关于映射关系的key是否可以修改？

不可以修改。映射关系存储到HashMap中会存储key的hash值，这样就不用在每次查找时重新计算每一个Entry或Node（TreeNode）的hash值了，因此如果已经put到Map中的映射关系，再修改key的属性，而这个属性又参与hashcode值的计算，那么会导致匹配不上。

<2>、负载因子值的大小，对HashMap有什么影响？

负载因子的大小决定了HashMap的数据密度。
负载因子越大密度越大，发生碰撞的几率越高，数组中的链表越容易长,造成查询或插入时的比较次数增多，性能会下降。
负载因子越小，就越容易触发扩容，数据密度也越小，意味着发生碰撞的几率越小，数组中的链表也就越短，查询和插入时比较的次数也越小，性能会更高。但是会浪费一定的内容空间。而且经常扩容也会影响性能，建议初始化预设大一点的空间。
按照其他语言的参考及研究经验，会考虑将负载因子设置为0.7~0.75，此时平均检索长度接近于常数。

3.4 Map实现类之：LinkedHashMap

LinkedHashMap 是 HashMap 的子类
在HashMap存储结构的基础上，使用了一对双向链表来记录添加元素的顺序
与LinkedHashSet类似，LinkedHashMap 可以维护 Map 的迭代顺序：迭代顺序与 Key-Value 对的插入顺序一致

<1> HashMap中的内部类：Node

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

<2> LinkedHashMap中的内部类：Entry

static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {Entry<K,V> before, after;Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {super(hash, key, value, next);}}

3.5 Map实现类之：TreeMap

TreeMap存储 Key-Value 对时，需要根据 key-value 对进行排序。TreeMap 可以保证所有的 Key-Value 对处于有序状态。
TreeSet底层使用红黑树结构存储数据
TreeMap 的 Key 的排序：
1. 自然排序：TreeMap 的所有的 Key 必须实现 Comparable 接口，而且所有的 Key 应该是同一个类的对象，否则将会抛出 ClasssCastException
2. 定制排序：创建 TreeMap 时，传入一个 Comparator 对象，该对象负责对TreeMap 中的所有 key 进行排序。此时不需要 Map 的 Key 实现Comparable 接口
TreeMap判断两个key相等的标准：两个key通过compareTo()方法或者compare()方法返回0。

3.6 Map实现类之：Hashtable

Hashtable是个古老的 Map 实现类，JDK1.0就提供了。不同于HashMap，Hashtable是线程安全的
Hashtable实现原理和HashMap相同，功能相同。底层都使用哈希表结构，查询速度快，很多情况下可以互用
与HashMap不同，Hashtable 不允许使用 null 作为 key 和 value
与HashMap一样，Hashtable 也不能保证其中 Key-Value 对的顺序
Hashtable判断两个key相等、两个value相等的标准，与HashMap一致

3.7 Map实现类之：Properties

Properties 类是 Hashtable 的子类，该对象用于处理属性文件
由于属性文件里的 key、value 都是字符串类型，所以 Properties 里的key和value都是字符串类型
存取数据时，建议使用setProperty(String key,String value)方法和getProperty(String key)方法

Properties pros = new Properties();pros.load(new FileInputStream("hibernate.properties"));String password = pros.getProperty("password");Assert.assertEquals("12345",password);

4、Collections工具类

Collections 是一个操作 Set、List 和 Map 等集合的工具类
Collections 中提供了一系列静态的方法对集合元素进行排序、查询和修改等操作，还提供了对集合对象设置不可变、对集合对象实现同步控制等方法

<常用方法如下>

排序操作：（均为static方法）
1. reverse(List)：反转 List 中元素的顺序
2. shuffle(List)：对 List 集合元素进行随机排序
3. sort(List)：根据元素的自然顺序对指定 List 集合元素按升序排序
4. sort(List，Comparator)：根据指定的 Comparator 产生的顺序对 List 集合元素进行排序
5. swap(List，int， int)：将指定 list 集合中的 i 处元素和 j 处元素进行交换
查找、替换
1. Object max(Collection)：根据元素的自然顺序，返回给定集合中的最大元素
2. Object max(Collection，Comparator)：根据 Comparator 指定的顺序，返回给定集合中的最大元素
3. Object min(Collection)
4. Object min(Collection，Comparator)
5. int frequency(Collection，Object)：返回指定集合中指定元素的出现次数
6. void copy(List dest,List src)：将src中的内容复制到dest中
7. boolean replaceAll(List list，Object oldVal，Object newVal)：使用新值替换List 对象的所有旧值
Collections常用方法：同步控制

Collections 类中提供了多个synchronizedXxx()方法，该方法可使将指定集合包装成线程同步的集合，从而可以解决多线程并发访问集合时的线程安全问题

面试题

<1>Collection和Collections的区别

java.util.Collection 是一个集合接口（集合类的一个顶级接口）。它提供了对集合对象进行基本操作的通用接口方法。Collection接口在Java 类库中有很多具体的实现。Collection接口的意义是为各种具体的集合提供了最大化的统一操作方式，其直接继承接口有List与Set。
java.util.Collections 是一个包装类。它包含有各种有关集合操作的静态多态方法。此类不能实例化，就像一个工具类，服务于Java的Collection框架。