Java 集合类

1 List

 1.1 ArrayList

  基于数组实现,按照插入顺序排序可重复,线程不安全,默认初始化为空数组对象,在添加第一个元素时,初始化大小为10的数组。支持自动扩容,扩展因子为0.5,即 newCapacity=oldCapacity*1.5,扩容方式是 Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);。

 1.2 Vector

  基于数组实现,按照插入顺序排序可重复,通过 synchronized 来保证线程安全,默认初始化大小为10的数组。添加元素时。支持自动扩容,扩展因子为1,即 newCapacity=oldCapacity*2,扩容方式是 Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);。

 1.3 LinkedList

  基于双向链表实现,按照插入顺序排序,实现了接口 Deque,所以它也是一个双端队列

// 双端链表结构 
private static class Node<E> { 
    E item; Node<E> next; Node<E> prev; 
}

2 Map

 2.1 HashMap

  基于散列链表+红黑树实现,无序,链表长度>=8时转为红黑树,红黑树<=6时转为链表,首次添加元素时,初始化默认数组长度16,并且必须是2的幂次方大小,当指定的大小不够2的幂次方时自动补齐大小,默认加载因子0.75,默认扩展因子1,线程不安全

// 散列链表结构
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
    final int hash; // 数组索引
    final K key;
    V value;
    Node<K,V> next; // 下一个节点
}
// 红黑树结构
static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {
    TreeNode<K,V> parent;
    TreeNode<K,V> left;
    TreeNode<K,V> right;
    TreeNode<K,V> prev;
    boolean red;
}

  添加元素时为了更均匀地分布,对 key 进行两次的 hash 运算。

static final int hash(Object key) {
    int h;
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

  扩容方式:resize(),扩容后的容量是之前的2倍

Node<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) { // 索引没有变化
        if (loTail == null)
            loHead = e;
        else
            loTail.next = e;
        loTail = e;
    }
    else { // 索引变为原索引+oldCap
        if (hiTail == null)
            hiHead = e;
        else
            hiTail.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;
}

  线程安全性问题
  1、put 导致数据丢失;
  2、resize 导致的 get 操作时的死循环,JDK 8 已经解决此问题,利用 head 和 tail 来保证链表的顺序不变,避免导致死循环;

 2.2 HashTable

  基于散列链表实现,默认数组长度11,默认加载因子0.75,默认扩展2原数组长度+1,利用 synchronized 保证线程安全*。

 2.3 TreeMap

  基于红黑树实现,按 key 自然排序。key 不等于 null。

 2.4 LinkedHashMap

  利用 HashMap 来实现。散列双向链表的结构。

static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
    Entry<K,V> before, after;
}

  accessOrder 的排序方式:

  • accessOrder=false(默认)表示按插入顺序排序
  • accessOrder=true表示按访问顺序排序(最少被访问的靠前,最近访问的靠后),可用于实现LRU算法(Least recently used,最近最少使用算法)

3 Set

 3.1 HashSet

  利用 HashMap 实现,无序去重,默认初始化为默认的 HashMap,value 固定为 Object 对象,可以参考 HashMap 的实现。

// 初始化
public HashSet() {
    map = new HashMap<>();
}
// 添加元素
public boolean add(E e) {
    return map.put(e, PRESENT)==null;
}

 3.2 TreeSet

  利用 TreeMap 实现,自然排序去重,不能添加 null,默认初始化为默认的 TreeMap,value 固定为 Object 对象,可以参考 TreeMap 的实现。

 3.3 LinkedHashSet

  继承了 HashSet,利用 LinkedHashMap 实现,可以参考 LinkedHashMap 的实现。

4 Stack

  栈的结构,继承了 Vector 类,利用 synchronized 来保证线程安全

5 Queue / Deque

  队列 / 双端队列的结构,Deque 继承 Queue 接口。
  常见实现:

  • PriorityQueue,优先队列,默认初始化长度为 11,通过二叉小顶堆实现,保证每次取出值最小的元素
  • ArrayDeque,数组实现的双端队列,默认初始化长度为 16,FIFO 原则。
  • LinkedList
  • BlockingQueue,阻塞队列,详见《并发集合包》。
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