Java集合大整理
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| | null | 值重復 | 底層實現(xiàn) | 擴容 | 增、刪、迭代 | 包含 | 備注 |
| HashSet | 允許，just 1個 | no | HashMap | 同HashMap | 【add】：調(diào)用HashMap的put方法，put的value傳入偽值static final?Object?PRESENT?=?new?Object()，僅僅為了保持映射關(guān)系；（所有value都是同一個對象） 【remove】：調(diào)map的remove | 有contains， 無get | HashMap中的Key是根據(jù)對象的hashCode() 和 euqals()來判斷是否唯一的。 So：為了保證HashSet中的對象不會出現(xiàn)重復值，在被存放元素的類中必須要重寫hashCode()和equals()這兩個方法。 |
| TreeSet | No， add-null空指針異常 | no | 【TreeMap】， 實現(xiàn)了NavigableMap接口, 一種SortedMap | 樹結(jié)構(gòu)，無擴容一說 | add調(diào)用TreeMap的put方法，同樣有PRESENT； remove方法。 | 有contains， 無get | 默認使用元素的自然順序?qū)υ剡M行排序； 可重寫compare方法實現(xiàn)對象的自定義排序。 |
| EnumSet | No， add-null空指針異常 | no | long（數(shù)組）、 位運算 | Enum元素固定，無擴容 | add：數(shù)組賦值； remove：置null | 有contains， 無get | 判斷是否包含null和removenull無異常；remove-null時返回false |
| EnumMap | No， add-null空指針異常； value可以為null | key不重復 | transient數(shù)組 | Enum元素固定，無擴容 | put：數(shù)組賦值； remove：置null | containsKey； containsValue。 | 創(chuàng)建時必須指定key類型； 元素順序為Enum的順序； 迭代時不會拋出ConcurrentModificationException； NULL和null的區(qū)別。 |
| HashMap | key、value均允許null， 但key僅允許1個null。 | key不重復， value可以 | 位桶+鏈表/紅黑樹 | size?>?tab.length*threshold; newCap = oldCap<<1； 新容量：2倍擴容 | put、remove； 迭代時remove拋ConcurrentModificationException；注意正確迭代方式 | containsKey； containsValue。 | |
| LinkedHashMap | 同HashMap | 同HashMap | HashMap+雙向鏈表 | 同HashMap | put、remove； | 注意get模式； contains調(diào)用HashMap的containsKey； containsValue（遍歷鏈表） | 像hashMap一樣用table儲存元素【桶位依舊分散，和HashMap的存放位置相同】，put時直接調(diào)用的是HashMap的put方法。 |
| TreeMap | Key不允許null； value允許。 | 同HashMap | | | | | |
| ArrayList | 允許null，隨意 | 允許重復 | 數(shù)組 | 初始容量10， grow1.5倍 | | contains判斷元素存在 | |
| LinkedList | 同ArrayList | 同ArrayList | 基于鏈表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) | | remove只移除第一個； 迭代時remove拋ConcurrentModificationException（有特例，元素個數(shù)<=2）； | 有contains，get | |
| ConcurrentHashMap | key、value均不允許，put-null空指針異常； | 同HashMap | HashMap+CAS無鎖算法 | 實際容量>=sizeCtl，則擴容 | 用foreach迭代，Map定義時必須制定key-value類型，否則cant convert | containsKey、 containsValue | |
| | 允許null：HashMap和以其為底層結(jié)構(gòu)的非同步集合；List | ArrayList相關(guān) | | | | | |
有序： 先說明有序的概念：迭代輸出和存入順序一致即為有序（可以理解為先進先出FIFO）（注：Java8支持list逆序迭代，我們討論有序時忽略這個） 不要和TreeSet弄混了，TreeSet所謂的“有序”，指的是內(nèi)部存儲結(jié)構(gòu)有特定的存儲規(guī)則，它默認使用元素的自然順序?qū)υ剡M行排序，卻打亂了元素的存入順序。So，嚴格來講，TreeSet是無序的。 隨機訪問： 即使用[]操作符訪問其中的元素。
EnumMap：
Set keySet?=?enumMap.keySet();
Iterator iteKey?=?keySet.iterator();
while(iteKey.hasNext()){
????Object object?=(Object)?iteKey.next();
????System.out.print(object?+"="+?enumMap.get(object)+"; ");
}
Collection<Object>vals?=enumMap.values(); Set<Entry<Season,Object>>entrySet?=enumMap.entrySet();HashMap：
- 當某個桶中的鍵值對數(shù)量大于8個【9個起】，且桶數(shù)量大于等于64，則將底層實現(xiàn)從鏈表轉(zhuǎn)為紅黑樹 ；
- int threshold; // 新的擴容resize臨界值,當實際大小(容量*填充比)大于臨界值時，會進行2倍擴容；
- key是有可能是null的，并且會在0桶位位置；
- tableSizeFor(int cap) { //計算下次需要調(diào)整大小的擴容resize臨界值；結(jié)果為>=cap的最小2的自然數(shù)冪（64-》64；65-》128）
- ?length為2的整數(shù)冪保證了length - 1 最后一位（二進制表示）為1，從而保證了索引位置index即（ hash &length-1）的最后一位同時有為0和為1的可能性，保證了散列的均勻性。length為2的冪保證了按位與最后一位的有效性，使哈希表散列更均勻。
- resize】時【鏈表】的變化：?元素位置在【原位置】或【原位置+oldCap】
- 鏈表轉(zhuǎn)紅黑樹后，【僅在擴容resize時】若樹變短，會恢復為鏈表。
LinkedHashMap：
- remove后再put，集合結(jié)構(gòu)變化：只要未沖突，table不改變（想想put原理就好理解了）；但鏈表改變，新元素始終在tail。
- 顯式地指定為access order后【前提】，調(diào)用get()方法，導致對應的entry移動到雙向鏈表的最后位置（tail），但是table未沒變。
- So LinkedHashMap元素有序存放，但并不保證其迭代順序一直不變
- LinkedHashMap的每個bucket都存了這個bucket的before和after，且每個before(after)又存儲了自身的前驅(qū)后繼，直到null。
ArrayList：
- int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);//1.5倍(15 >> 1=7) 擴容是大約1.5倍擴容，HashMap則是剛好2倍擴容。
- add(int index, E element)；將當前處于該位置的元素（如果有的話）和所有后續(xù)元素向后移動（其索引加 1）【System.arraycopy】。
- trimToSize()去掉預留元素的位置，返回一個新數(shù)組，新數(shù)組不含null，數(shù)組的size和elementData.length相等，以節(jié)省空間。此函數(shù)可避免size很小但elementData.length很大的情況。
- 不建議使用contains(Object o)方法，看源碼就知道了，調(diào)用其內(nèi)置的indexOf方法，for循環(huán)一個個equals，這效率只能呵呵噠了，建議使用hashcode。
- remove： 首先判斷要remove的元素是null還是非null，然后for循環(huán)查找，核心是fastRemove(index)方法。?fastRemove并不返回被移除的元素。??elementData[--size] = null;因為arraycopy方法是將elementData的index+1處開始的元素往前復制，也就是說最后一個數(shù)本該消除，但還在那里，所以需要置空。
- subList方法得到的subList將和原來的list互相影響，不管你改哪一個，另一個都會隨之改變，而且當父list結(jié)構(gòu)改變時，子list會拋ConcurrentModificationException異常。解決方案：List<String> subListNew = new ArrayList(parentList.subList(1, 3));【類似Arrays.asList()方法】
ConcurrentHashMap：
- CAS算法；unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update); ?CAS(Compare And Swap)，意思是如果valueOffset位置包含的值與expect值相同，則更新valueOffset位置的值為update，并返回true，否則不更新，返回false。
- 與Java8的HashMap有相通之處，底層依然由“數(shù)組”+鏈表+紅黑樹；
- 底層結(jié)構(gòu)存放的是TreeBin對象，而不是TreeNode對象；
- CAS作為知名無鎖算法，那ConcurrentHashMap就沒用鎖了么？當然不是，hash值相同的鏈表的頭結(jié)點還是會synchronized上鎖。?
private?transient?volatile?int?sizeCtl;
sizeCtl是控制標識符，不同的值表示不同的意義。
- 負數(shù)代表正在進行初始化或擴容操作?
- -1代表正在初始化?
- -N 表示有N-1個線程正在進行擴容操作?
- 正數(shù)或0代表hash表還沒有被初始化，這個數(shù)值表示初始化或下一次進行擴容的大小，類似于擴容閾值。它的值始終是當前ConcurrentHashMap容量的0.75倍，這與loadfactor是對應的。實際容量>=sizeCtl，則擴容。
? ? 并不是我們傳統(tǒng)的包含key-value的節(jié)點，只是一個標志節(jié)點，并且指向nextTable，提供find方法而已。生命周期：僅存活于擴容操作且bin不為null時，一定會出現(xiàn)在每個bin的首位。
3個原子操作（調(diào)用頻率很高）
static?final?<K,V> Node<K,V>?tabAt(Node<K,V>[]?tab,?int?i) {?// 獲取索引i處Node
????return?(Node<K,V>)U.getObjectVolatile(tab, ((long)i?<<?ASHIFT) +?ABASE);
????}
? ??// 利用CAS算法設(shè)置i位置上的Node節(jié)點（將c和table[i]比較，相同則插入v）。
????static?final?<K,V>?boolean?casTabAt(Node<K,V>[]?tab,?int?i,
????????????????????????????????????????Node<K,V>?c, Node<K,V>?v) {
????????return?U.compareAndSwapObject(tab, ((long)i?<<?ASHIFT) +?ABASE,?c,?v);
????}
? ??// 設(shè)置節(jié)點位置的值，僅在上鎖區(qū)被調(diào)用
????static?final?<K,V>?void?setTabAt(Node<K,V>[]?tab,?int?i, Node<K,V>?v) {
????????U.putObjectVolatile(tab, ((long)i?<<?ASHIFT) +?ABASE,?v);
????}
ConcurrentHashMap無鎖多線程擴容，減少擴容時的時間消耗。 transfer擴容操作：單線程構(gòu)建兩倍容量的nextTable；允許多線程復制原table元素到nextTable。- 節(jié)點為空，則插入ForwardingNode；
- 鏈表節(jié)點（fh>=0），分別插入nextTable的i和i+n的位置；【逆序鏈表？？】
- TreeBin節(jié)點（fh<0），判斷是否需要untreefi，分別插入nextTable的i和i+n的位置；【逆序樹？？】
- finishing時，nextTab賦給table，更新sizeCtl為新容量的0.75倍 ，完成擴容。
以上說的都是單線程，多線程又是如何實現(xiàn)的呢？ 遍歷到ForwardingNode節(jié)點((fh = f.hash) == MOVED)，說明此節(jié)點被處理過了，直接跳過。這是控制并發(fā)擴容的核心?。由于給節(jié)點上了鎖，只允許當前線程完成此節(jié)點的操作，處理完畢后，將對應值設(shè)為ForwardingNode（fwd），其他線程看到forward，直接向后遍歷。如此便完成了多線程的復制工作，也解決了線程安全問題。
2、 put相關(guān)：
理一下put的流程： ①判空：null直接拋空指針異常； ②hash：計算h=key.hashcode；調(diào)用spread計算hash=(h?^(h?>>>16))&?HASH_BITS； ③遍歷table
- 若table為空，則初始化，僅設(shè)置相關(guān)參數(shù)；
- @@@計算當前key存放位置，即table的下標i=(n - 1) & hash；
- 若待存放位置為null，casTabAt無鎖插入；
- 若是forwarding nodes（檢測到正在擴容），則helpTransfer（幫助其擴容）；
- else（待插入位置非空且不是forward節(jié)點，即碰撞了），將頭節(jié)點上鎖（保證了線程安全）：區(qū)分鏈表節(jié)點和樹節(jié)點，分別插入（遇到hash值與key值都與新節(jié)點一致的情況，只需要更新value值即可。否則依次向后遍歷，直到鏈表尾插入這個結(jié)點）；
- 若鏈表長度>8，則treeifyBin轉(zhuǎn)樹（Note：若length<64,直接tryPresize,兩倍table.length;不轉(zhuǎn)樹）。
?以下為引用：?
java提高篇（二十）-----集合大家族：http://demo.netfoucs.com/chenssy/article/details/17732841
????6.1、Vector和ArrayList
???????1，vector是線程同步的，所以它也是線程安全的，而arraylist是線程異步的，是不安全的。如果不考慮到線程的安全因素，一般用arraylist效率比較高。
???????2，如果集合中的元素的數(shù)目大于目前集合數(shù)組的長度時，vector增長率為目前數(shù)組長度的100%,而arraylist增長率為目前數(shù)組長度的50%.如過在集合中使用數(shù)據(jù)量比較大的數(shù)據(jù)，用vector有一定的優(yōu)勢。
???????3，如果查找一個指定位置的數(shù)據(jù)，vector和arraylist使用的時間是相同的，都是0(1),這個時候使用vector和arraylist都可以。而如果移動一個指定位置的數(shù)據(jù)花費的時間為0(n-i)n為總長度，這個時候就應該考慮到使用linklist,因為它移動一個指定位置的數(shù)據(jù)所花費的時間為0(1),而查詢一個指定位置的數(shù)據(jù)時花費的時間為0(i)。
???????ArrayList 和Vector是采用數(shù)組方式存儲數(shù)據(jù)，此數(shù)組元素數(shù)大于實際存儲的數(shù)據(jù)以便增加和插入元素，都允許直接序號索引元素，但是插入數(shù)據(jù)要設(shè)計到數(shù)組元素移動等內(nèi)存操作，所以索引數(shù)據(jù)快插入數(shù)據(jù)慢，Vector由于使用了synchronized方法（線程安全）所以性能上比ArrayList要差，LinkedList使用雙向鏈表實現(xiàn)存儲，按序號索引數(shù)據(jù)需要進行向前或向后遍歷，但是插入數(shù)據(jù)時只需要記錄本項的前后項即可，所以插入數(shù)度較快！
??????6.2、Aarraylist和Linkedlist
???????1.ArrayList是實現(xiàn)了基于動態(tài)數(shù)組的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，LinkedList基于鏈表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
???????2.對于隨機訪問get和set，ArrayList覺得優(yōu)于LinkedList，因為LinkedList要移動指針。
???????3.對于新增和刪除操作add和remove，LinedList比較占優(yōu)勢，因為ArrayList要移動數(shù)據(jù)。
這一點要看實際情況的。若只對單條數(shù)據(jù)插入或刪除，ArrayList的速度反而優(yōu)于LinkedList。但若是批量隨機的插入刪除數(shù)據(jù)，LinkedList的速度大大優(yōu)于ArrayList. 因為ArrayList每插入一條數(shù)據(jù)，要移動插入點及之后的所有數(shù)據(jù)。
??????6.3、HashMap與TreeMap
???????1、HashMap通過hashcode對其內(nèi)容進行快速查找，而TreeMap中所有的元素都保持著某種固定的順序，如果你需要得到一個有序的結(jié)果你就應該使用TreeMap（HashMap中元素的排列順序是不固定的）。HashMap中元素的排列順序是不固定的）。
???????2、 HashMap通過hashcode對其內(nèi)容進行快速查找，而TreeMap中所有的元素都保持著某種固定的順序，如果你需要得到一個有序的結(jié)果你就應該使用TreeMap（HashMap中元素的排列順序是不固定的）。集合框架提供兩種常規(guī)的Map實現(xiàn)：HashMap和TreeMap (TreeMap實現(xiàn)SortedMap接口)。
???????3、在Map 中插入、刪除和定位元素，HashMap 是最好的選擇。但如果您要按自然順序或自定義順序遍歷鍵，那么TreeMap會更好。使用HashMap要求添加的鍵類明確定義了hashCode()和 equals()的實現(xiàn)。 這個TreeMap沒有調(diào)優(yōu)選項，因為該樹總處于平衡狀態(tài)。
??????6.4、hashtable與hashmap
???????1、歷史原因:Hashtable是基于陳舊的Dictionary類的，HashMap是Java 1.2引進的Map接口的一個實現(xiàn) 。
???????2、同步性:Hashtable是線程安全的，也就是說是同步的，而HashMap是線程序不安全的，不是同步的 。
???????3、值：只有HashMap可以讓你將空值作為一個表的條目的key或value 。
?????? 七、對集合的選擇
??????7.1、對List的選擇
???????1、對于隨機查詢與迭代遍歷操作，數(shù)組比所有的容器都要快。所以在隨機訪問中一般使用ArrayList
???????2、LinkedList使用雙向鏈表對元素的增加和刪除提供了非常好的支持，而ArrayList執(zhí)行增加和刪除元素需要進行元素位移。
???????3、對于Vector而已，我們一般都是避免使用。
???????4、將ArrayList當做首選，畢竟對于集合元素而已我們都是進行遍歷，只有當程序的性能因為List的頻繁插入和刪除而降低時，再考慮LinkedList。
??????7.2、對Set的選擇
???????1、HashSet由于使用HashCode實現(xiàn)，所以在某種程度上來說它的性能永遠比TreeSet要好，尤其是進行增加和查找操作。
???????3、雖然TreeSet沒有HashSet性能好，但是由于它可以維持元素的排序，所以它還是存在用武之地的。
總結(jié)
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