Java集合（一）Java集合及其关系
本文目录
1 Java集合接口继承关系和实现
1.1 Java集合包
1.2 Java集合接口关系
1.3 Java集合框架类关系及特性
2 Java集合接口/类简述
2.1 Collection,iterator,comparable
2.2 List
2.2.1 ArrayList（数组）
2.2.2 Vector（数组实现，线程同步）
2.2.3. LinkList（链表）
2.3 Set
2.3 .1 HashSet和Hash
2.3.2 TreeSet（二叉树）
2.3.3 LinkHashSet（HashSet+LinkedHashMap）
2.4 Map
2.4.1. HashMap（数组+链表+红黑树）
2.4.2 ConcurrentHashMap
2.4.3 HashTable（线程安全）
2.4.4. TreeMap（可排序）
2.4.5 LinkHashMap（记录插入顺序）
1 Java集合接口继承关系和实现
1.1 Java集合包
Java集合类存放于Java.util包中，主要有3种：
- set（集合）
- list（列表包含Queue）
- map（映射）
1.2 Java集合接口关系
在Java集合中：
（1）Collection：Collection是集合List、Set、Queue的最基本的接口；
（2）Iterator：迭代器，可以通过跌打起遍历集合中的数据；
（3）Map：是映射表的基础接口。
Java集合接口关系如下图所示：
1.3 Java集合框架类关系及特性
在Java集合中，集合中所有的类关系及其特性可总结如下图所示：
2 Java集合接口/类简述
2.1 Collection,iterator,comparable
一般认为Collection是最上层接口，但是hashmap实际上实现的是Map接口。iterator是迭代器，是实现iterable接口的类必须要提供的一个东西，能够使用for(i : A) 这种方式，实现的类型能提供迭代器，以前有一个enumeration，现在弃用了。
2.2 List
Java 的List 是非常常用的数据类型。List 是有序的Collection。Java List 一共三个实现类：分别是ArrayList、Vector 和LinkedList。
2.2.1 ArrayList（数组）
ArrayList 是最常用的List 实现类，内部是通过数组实现的，它允许对元素进行快速随机访问。数组的缺点是每个元素之间不能有间隔，当数组大小不满足时需要增加存储能力，就要将已经有数组的数据复制到新的存储空间中。当从ArrayList 的中间位置插入或者删除元素时，需要对数组进行复制、移动、代价比较高。因此，它适合随机查找和遍历，不适合插入和删除。
2.2.2 Vector（数组实现，线程同步）
Vector 与ArrayList 一样，也是通过数组实现的，不同的是它支持线程的同步，即某一时刻只有一个线程能够写Vector，避免多线程同时写而引起的不一致性，但实现同步需要很高的花费，因此，访问它比访问ArrayList 慢。
2.2.3. LinkList（链表）
LinkedList 是用链表结构存储数据的，很适合数据的动态插入和删除，随机访问和遍历速度比较慢。另外，他还提供了List 接口中没有定义的方法，专门用于操作表头和表尾元素，可以当作堆、栈、队列和双向队列使用。
2.3 Set
Set 注重独一无二的性质,该体系集合用于存储无序(存入和取出的顺序不一定相同)元素，值不能重复。对象的相等性本质是对象hashCode 值（java 是依据对象的内存地址计算出的此序号）判断的，如果想要让两个不同的对象视为相等的，就必须覆盖Object 的hashCode 方法和equals 方法。
2.3 .1 HashSet和Hash
哈希表边存放的是哈希值。HashSet 存储元素的顺序并不是按照存入时的顺序（和List 显然不同）而是按照哈希值来存的所以取数据也是按照哈希值取得。元素的哈希值是通过元素的hashcode 方法来获取的, HashSet 首先判断两个元素的哈希值，如果哈希值一样，接着会比较equals 方法 如果 equls 结果为true ，HashSet 就视为同一个元素。如果equals 为false 就不是同一个元素。
哈希值相同equals 为false 的元素是怎么存储呢,就是在同样的哈希值下顺延（可以认为哈希值相同的元素放在一个哈希桶中）。也就是哈希一样的存一列。如下图左 表示hashCode 值不相同的情况；图右 表示hashCode 值相同，但equals 不相同的情况。
HashSet 通过hashCode 值来确定元素在内存中的位置。一个hashCode 位置上可以存放多个元素。
2.3.2 TreeSet（二叉树）
（1）TreeSet()是使用二叉树的原理对新add()的对象按照指定的顺序排序（升序、降序），每增加一个对象都会进行排序，将对象插入的二叉树指定的位置。
（2）Integer 和String 对象都可以进行默认的TreeSet 排序，而自定义类的对象是不可以的，自己定义的类必须实现Comparable 接口，并且覆写相应的compareTo()函数，才可以正常使用。
（3）在覆写compare()函数时，要返回相应的值才能使TreeSet 按照一定的规则来排序。
（4）比较此对象与指定对象的顺序。如果该对象小于、等于或大于指定对象，则分别返回负整数、零或正整数。
2.3.3 LinkHashSet（HashSet+LinkedHashMap）
对于LinkedHashSet 而言， 它继承与HashSet 、又基于LinkedHashMap 来实现的。LinkedHashSet 底层使用LinkedHashMap 来保存所有元素，它继承与HashSet，其所有的方法操作上又与HashSet 相同，因此LinkedHashSet 的实现上非常简单，只提供了四个构造方法，并通过传递一个标识参数，调用父类的构造器，底层构造一个LinkedHashMap来实现，在相关操作上与父类HashSet 的操作相同，直接调用父类HashSet 的方法即可。
2.4 Map
Map下的接口实现类关系如下：
2.4.1. HashMap（数组+链表+红黑树）
HashMap 根据键的hashCode 值存储数据，大多数情况下可以直接定位到它的值，因而具有很快的访问速度，但遍历顺序却是不确定的。 HashMap 最多只允许一条记录的键为null，允许多条记录的值为null。HashMap 非线程安全，即任一时刻可以有多个线程同时写HashMap，可能会导致数据的不一致。如果需要满足线程安全，可以用 Collections 的synchronizedMap 方法使HashMap 具有线程安全的能力，或者使用ConcurrentHashMap。
（1）Java7实现
Java7中HashMap结构如下图所示：
大方向上，HashMap 里面是一个数组，然后数组中每个元素是一个单向链表。上图中，每个绿色的实体是嵌套类 Entry 的实例，Entry 包含四个属性：key, value, hash 值和用于单向链表的 next。对应HashMap：
- capacity：当前数组容量，始终保持 2^n，可以扩容，扩容后数组大小为当前的 2 倍。
- loadFactor：负载因子，默认为 0.75。
- threshold：扩容的阈值，等于 capacity * loadFactor。
（2）Java8实现
Java8 对 HashMap 进行了一些修改，最大的不同就是利用了红黑树，所以其由 数组+链表+红黑树组成。根据 Java7 HashMap 的介绍，我们知道，查找的时候，根据 hash 值我们能够快速定位到数组的具体下标，但是之后的话，需要顺着链表一个个比较下去才能找到我们需要的，时间复杂度取决于链表的长度，为 O(n)。为了降低这部分的开销，在 Java8 中，当链表中的元素超过了 8 个以后，会将链表转换为红黑树，在这些位置进行查找的时候可以降低时间复杂度为 O(logN)。
2.4.2 ConcurrentHashMap
（1）Segment段
ConcurrentHashMap 和 HashMap 思路是差不多的，但是因为它支持并发操作，所以要复杂一些。整个 ConcurrentHashMap 由一个个 Segment 组成，Segment 代表”部分“或”一段“的意思，所以很多地方都会将其描述为分段锁。注意，行文中，我很多地方用了“槽”来代表一个segment。
（2）线程安全（Segment继承ReentrantLock加锁）
简单理解就是，ConcurrentHashMap 是一个 Segment 数组，Segment 通过继承ReentrantLock 来进行加锁，所以每次需要加锁的操作锁住的是一个 segment，这样只要保证每个 Segment 是线程安全的，也就实现了全局的线程安全。
（3）并行度（默认16）
concurrencyLevel：并行级别、并发数、Segment 数，怎么翻译不重要，理解它。默认是 16，也就是说 ConcurrentHashMap 有 16 个 Segments，所以理论上，这个时候，最多可以同时支持 16 个线程并发写，只要它们的操作分别分布在不同的 Segment 上。这个值可以在初始化的时候设置为其他值，但是一旦初始化以后，它是不可以扩容的。再具体到每个 Segment 内部，其实每个 Segment 很像之前介绍的 HashMap，不过它要保证线程安全，所以处理起来要麻烦些。
（4）Java8实现（引入红黑树）
Java8 对 ConcurrentHashMap 进行了比较大的改动,Java8 也引入了红黑树。
2.4.3 HashTable（线程安全）
Hashtable 是遗留类，很多映射的常用功能与HashMap 类似，不同的是它承自Dictionary 类，并且是线程安全的，任一时间只有一个线程能写Hashtable，并发性不如ConcurrentHashMap，因为ConcurrentHashMap 引入了分段锁。Hashtable 不建议在新代码中使用，不需要线程安全的场合可以用HashMap 替换，需要线程安全的场合可以用ConcurrentHashMap 替换。
2.4.4. TreeMap（可排序）
TreeMap 实现SortedMap 接口，能够把它保存的记录根据键排序，默认是按键值的升序排序，也可以指定排序的比较器，当用Iterator 遍历TreeMap 时，得到的记录是排过序的。如果使用排序的映射，建议使用TreeMap。在使用TreeMap 时，key 必须实现Comparable 接口或者在构造TreeMap 传入自定义的Comparator，否则会在运行时抛出java.lang.ClassCastException 类型的异常。
2.4.5 LinkHashMap（记录插入顺序）
LinkedHashMap 是HashMap 的一个子类，保存了记录的插入顺序，在用Iterator 遍历LinkedHashMap 时，先得到的记录肯定是先插入的，也可以在构造时带参数，按照访问次序排序。
附言：
本文整理来源于网络、博客等资源，仅做个人学习笔记复习所用。
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