Java中的集合类(List,Set.Map)

Java基础

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2019-9-15

1.List

1.1 Arraylist 与 LinkedList 区别

  1. 是否保证线程安全: ArrayList 和 LinkedList 都是不同步的,也就是不保证线程安全
  2. 底层数据结构: Arraylist 底层使用的是 Object 数组;LinkedList 底层使用的是 双向链表 数据结构
  3. 插入和删除是否受元素位置的影响: ① ArrayList 采用数组存储,所以插入和删除元素的时间复杂度受元素位置的影响。 比如:执行add(E e)方法的时候, ArrayList 会默认在将指定的元素追加到此列表的末尾,这种情况时间复杂度就是O(1)。但是如果要在指定位置 i 插入和删除元素的话(add(int index, E element))时间复杂度就为 O(n-i)。因为在进行上述操作的时候集合中第 i 和第 i 个元素之后的(n-i)个元素都要执行向后位/向前移一位的操作。 ② LinkedList 采用链表存储,所以插入,删除元素时间复杂度不受元素位置的影响,都是近似O(1)而数组为近似O(n)。
  4. 是否支持快速随机访问: LinkedList 不支持高效的随机元素访问,而 ArrayList 支持。快速随机访问就是通过元素的序号快速获取元素对象(对应于get(int index)方法)。
  5. 内存空间占用: ArrayList的空间浪费主要体现在在list列表的结尾会预留一定的容量空间,而LinkedList的空间花费则体现在它的每一个元素都需要消耗比ArrayList更多的空间(因为要存放直接后继和直接前驱以及数据)。

    注意:
    ArrayList遍历时使用普通for循环较快.
    LinkedList遍历时使用迭代器较快.

1.2 List中的迭代器

for(Object obj : list){
   list.remove(obj) 
}
注意:
一般list中迭代器不能使用此种方法移除元素,会触发 ConcurrentModifyException,如果要删除可以使用Iterator.remove()
此处如果切换成CopyOnWriteArrayList则可以正常删除

1.3 ArrayList的扩容机制

详见: https://github.com/Snailclimb…

Map

2.1 Java1.8底层实现

底层=数组+链表(大小超过8,转换为红黑树)

HashMap 通过 key 的 hashCode 经过扰动函数处理过后得到 hash 值,然后通过 (n – 1) & hash 判断当前元素存放的位置(这里的 n 指的是数组的长度),如果当前位置存在元素的话,就判断该元素与要存入的元素的 hash 值以及 key 是否相同,如果相同的话,直接覆盖,不相同就通过拉链法解决冲突。

所谓扰动函数指的就是 HashMap 的 hash 方法。使用 hash 方法也就是扰动函数是为了防止一些实现比较差的 hashCode() 方法,换句话说使用扰动函数之后可以减少碰撞。

    //hash方法
    static final int hash(Object key) {
      int h;
      // key.hashCode():返回散列值也就是hashcode
      // ^ :按位异或
      // >>>:无符号右移,忽略符号位,空位都以0补齐
      return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);    //扰动函数进行处理
  }

2.2 HashMap长度为什么是2的幂次方

一般用hash对map的长度取模使用,当且仅当length是2的幂次方时,hash%length==hash&(length-1)成立,这样的话位与比取模%运算要更快

2.3 HashMap线程不安全问题

HashMap不是线程安全的类,两个线程同时去put可能引起数据不一致,在1.7以前还存在闭链问题,1.8以后解决了这个问题,并发环境下建议使用ConcurrentHashMap;
详情参见: https://coolshell.cn/articles…

2.4 HashMap的其他资料

更详细的资料, 请参见:
https://zhuanlan.zhihu.com/p/…

2.5 ConcurrentHashMap的基本结构

1.底层数据结构:
JDK1.7的 ConcurrentHashMap 底层采用 分段的数组+链表 实现,JDK1.8 采用的数据结构跟HashMap1.8的结构一样,数组+链表/红黑二叉树。Hashtable 和 JDK1.8 之前的 HashMap 的底层数据结构类似都是采用 数组+链表 的形式,数组是 HashMap 的主体,链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的;

2.实现线程安全的方式:
① 在JDK1.7的时候,ConcurrentHashMap(分段锁) 对整个桶数组进行了分割分段(Segment),每一把锁只锁容器其中一部分数据,多线程访问容器里不同数据段的数据,就不会存在锁竞争,提高并发访问率。 到了 JDK1.8 的时候已经摒弃了Segment的概念,而是直接用 Node 数组+链表+红黑树的数据结构来实现,并发控制使用 synchronized 和 CAS 来操作。(JDK1.6以后 对 synchronized锁做了很多优化) 整个看起来就像是优化过且线程安全的 HashMap,虽然在JDK1.8中还能看到 Segment 的数据结构,但是已经简化了属性,只是为了兼容旧版本;synchronized只锁定当前链表或红黑二叉树的首节点,这样只要hash不冲突,就不会产生并发,效率又提升N倍。

Set

当你把对象加入HashSet时,HashSet会先计算对象的hashcode值来判断对象加入的位置,同时也会与其他加入的对象的hashcode值作比较,如果没有相符的hashcode,HashSet会假设对象没有重复出现。但是如果发现有相同hashcode值的对象,这时会调用equals()方法来检查hashcode相等的对象是否真的相同。如果两者相同,HashSet就不会让加入操作成功。

作者:AshShawn