【Java中常用的集合类】

1.Java中集合框架图

2.List 和 Set 的区别？

List , Set 都是继承自Collection 接口
List 特点：一个有序（元素存入集合的顺序和取出的顺序一致）容器，元素可以重复，可以插入多个null元素，元素都有索引。常用的实现类有 ArrayList、LinkedList 和 Vector。
Set 特点：一个无序（存入和取出顺序有可能不一致）容器，不可以存储重复元素，只允许存入一个null元素，必须保证元素唯一性。Set 接口常用实现类是HashSet、LinkedHashSet 以及 TreeSet。
List 支持for循环遍历，也可以用迭代器，但是set只能用迭代，因为它是无序的，所以无法用下标来取得想要的值。
Set和List对比
Set：检索元素效率低下，删除和插入效率高，插入和删除不会引起元素位置改变。
List：和数组类似，List可以动态增长，查找元素效率高，插入删除元素效率低，因为会引起其他元素位置改变

3.为什么HashMap中String、Integer这样的包装类适合作为key？

String、Integer等包装类的特性能够保证Hash值的不可更改性和计算准确性，能够有效的减少Hash碰撞的几率。内部已重写了equals()、hashCode()等方法，遵守了HashMap内部的规范，不容易出现Hash值计算错误的情况。
都是final类型，即不可变性，保证key的不可更改性，不会存在获取 hash值不同的情况。

4.ArrayList的优缺点？

ArrayList的优点如下：
ArrayList 底层以数组实现，是一种随机访问模式。ArrayList 实现了 RandomAccess 接口，因此查找的时候非常快。
ArrayList 在顺序添加一个元素的时候非常方便。
ArrayList 的缺点如下：
删除元素的时候，需要做一次元素复制操作。如果要复制的元素很多，那么就会比较耗费性能。
插入元素的时候，也需要做一次元素复制操作，缺点同上。
ArrayList适合使用的场景
ArrayList 比较适合顺序添加、随机访问的场景。

5.ArrayList 和 Vector 的区别是什么？

ArrayList和Vector都实现了List 接口，List 接口继承了 Collection 接口，它们都是有序集合
线程安全：Vector 使用了 Synchronized 来实现线程同步，是线程安全的，而 ArrayList 是非线程安全的。
性能效率：因为是否加锁会影响效率，所有不加锁的ArrayList 在性能方面要优于加锁的Vector。
扩容机制：ArrayList 和 Vector 都会根据实际的需要动态的调整容量，只不过在Vector 扩容每次会增加 1 倍，而 ArrayList 只会增加 50%。
Vector类的所有方法都是同步的。可以由两个线程安全地访问一个Vector对象、但是一个线程访问Vector的话代码要在同步操作上耗费大量的时间。Arraylist不是同步的，所以在不需要保证线程安全时时建议使用Arraylist。

6.HashMap 的长度为什么是2的幂次方?

为什么HashMap的长度是2的幂次方？
为了能让 HashMap 存取高效，尽量较少碰撞，也就是要尽量把数据分配均匀，每个链表/红黑树长度大致相同。这个实现就是把数据存到哪个链表/红黑树中的算法。
这个算法应该如何设计呢？或者说这个算法该怎么实现呢？
我们首先可能会想到采用%取余的操作来实现。重点来了：“取余(%)操作中如果除数是2的幂次则等价于与其除数减一的与(&)操作（也就是说hash%length==hash&(length-1)的前提是 length 是2的 n 次方；）。” 最后我们HashMap底层采用的就是通过二进制位操作 &，相对于%能够提高运算效率，这就解释了 HashMap 的长度为什么是2的幂次方。
那为什么是两次扰动呢？(jdk1.8源码)
加大哈希值低位的随机性，使得分布更均匀，从而提高对应数组存储下标位置的随机性&均匀性，最终减少Hash冲突，两次就够了，已经达到了高位低位同时参与运算的目的。

在JDK 1.7中，更为简洁，相比在1.7中的4次位运算，5次异或运算（9次扰动），在1.8中，只进行了1次位运算和1次异或运算（2次扰动）

7. 能否使用任何类作为 Map 的 key？

可以使用任何类作为 Map 的 key，然而在使用之前，需要考虑以下几点：如果类重写了 equals() 方法，也应该重写 hashCode() 方法。类的所有实例需要遵循与 equals() 和 hashCode() 相关的规则。如果一个类没有使用 equals()，不应该在 hashCode() 中使用它。
用户自定义 Key 类的最佳实践是使之为不可变的，也就是需要通过final关键字来修饰，这样 hashCode() 值可以被缓存起来，拥有更好的性能。不可变的类也可以确保 hashCode() 和 equals() 在未来不会改变，这样就会解决与可变相关的问题了。

8.Java集合的快速失败机制 “fail-fast”？

fail-fast是java集合的一种错误检测机制，当多个线程对集合进行结构上的改变的操作时，有可能会产生 fail-fast 机制。
实操案例:
例如：假设存在两个线程（线程1、线程2），线程1通过Iterator在遍历集合A中的元素，在某个时候线程2修改了集合A的结构（是结构上面的修改，而不是简单的修改集合元素的内容），那么这个时候程序就会抛出ConcurrentModificationException 异常，从而产生fail-fast机制。
原因解析：迭代器在遍历时直接访问集合中的内容，并且在遍历过程中使用一个 modCount 变量。集合在被遍历期间如果内容发生变化，就会改变modCount 的值。每当迭代器使用hashNext()/next()遍历下一个元素之前，都会检测 modCount变量是否为expectedmodCount值，是的话就返回遍历；否则抛出异常，终止遍历。
解决办法：
方法1:在遍历过程中，所有涉及到改变modCount值得地方全部加上 synchronized。
方法2:使用CopyOnWriteArrayList来替换ArrayList

9.Iterator 和 ListIterator 有什么区别？

Iterator 可以遍历 Set 和 List 集合，而 ListIterator 只能遍历 List。
Iterator 只能单向遍历，而 ListIterator 可以双向遍历（向前/后遍历）。
ListIterator 实现 Iterator 接口，然后添加了一些额外的功能，比如添加一个元素、替换一个元素、获取前面或后面元素的索引位置。

10.为什么 ArrayList 的 elementData 加上 transient 修饰？

ArrayList 中的数组定义如下：
transient 的作用是说不希望 elementData 数组被序列化，重写了 writeObject 实现

  private transient Object[] elementData;

再看一下 ArrayList 的定义：
可以看到 ArrayList 实现了 Serializable 接口，这意味着 ArrayList 支持序列化。

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

每次序列化时，先调用 defaultWriteObject() 方法序列化 ArrayList 中的非transient 元素，然后遍历 elementData，只序列化已存入的元素，这样既加快了序列化的速度，又减小了序列化之后的文件大小。
底层实操代码：
ArrayList在序列化的时候会调用writeObject，直接将size和element写入ObjectOutputStream；

/*** Save the state of the <tt>ArrayList</tt> instance to a stream (that* is, serialize it).** @serialData The length of the array backing the <tt>ArrayList</tt>*             instance is emitted (int), followed by all of its elements*             (each an <tt>Object</tt>) in the proper order.*/
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)throws java.io.IOException{// Write out element count, and any hidden stuffint expectedModCount = modCount;s.defaultWriteObject();// Write out size as capacity for behavioural compatibility with clone()s.writeInt(size);// Write out all elements in the proper order.for (int i=0; i<size; i++) {s.writeObject(elementData[i]);}if (modCount != expectedModCount) {throw new ConcurrentModificationException();}
}

反序列化时调用readObject，从ObjectInputStream获取size和element，再恢复到elementData

/*** Reconstitute the <tt>ArrayList</tt> instance from a stream (that is,* deserialize it).*/
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;// Read in size, and any hidden stuffs.defaultReadObject();// Read in capacitys.readInt(); // ignoredif (size > 0) {// be like clone(), allocate array based upon size not capacityensureCapacityInternal(size);Object[] a = elementData;// Read in all elements in the proper order.for (int i=0; i<size; i++) {a[i] = s.readObject();}}
}

总结:为什么不直接用elementData来序列化，而采用上诉的方式来实现序列化呢？原因在于elementData是一个缓存数组，它通常会预留一些容量，等容量不足时再扩充容量，那么有些空间可能就没有实际存储元素，采用上诉的方式来实现序列化时，就可以保证只序列化实际存储的那些元素，而不是整个数组，从而节省空间和时间。

好了，关于【Java中常用的集合类–Java中集合框架图-List 和 Set 的区别-为什么HashMap中String、Integer这样的包装类适合作为key-ArrayList的优缺点-为什么 ArrayList 的 elementData 加上 transient 修饰？Iterator 和 ListIterator 有什么区别？ Java集合的快速失败机制 “fail-fast”？能否使用任何类作为 Map 的 key？HashMap 的长度为什么是2的幂次方?】就先学习到这里，更多的内容持续创作学习中。

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