Java集合框架 (Java Collections Framework, JCF) 也稱容器，這里可以類比 C++ 中的 STL，在市面上似乎還沒(méi)能找到一本詳細(xì)介紹的書(shū)籍。在這里主要對(duì)如下部分進(jìn)行源碼分析，及在面試中常見(jiàn)的問(wèn)題。

例如，在阿里面試常問(wèn)到的 HashMap 和 ConcurrentHashMap 原理等等。深入源碼分析是面試中必備的技能，通過(guò)本文的閱讀會(huì)對(duì)集合框架有更深一步的了解。

一、概述

Java集合框架提供了數(shù)據(jù)持有對(duì)象的方式，提供了對(duì)數(shù)據(jù)集合的操作。Java 集合框架位于java.util包下，主要有三個(gè)大類：Collection(接口)、Map(接口)、集合工具類。

Collection

• ArrayList：線程不同步。默認(rèn)初始容量為 10，當(dāng)數(shù)組大小不足時(shí)容量擴(kuò)大為 1.5 倍。為追求效率，ArrayList 沒(méi)有實(shí)現(xiàn)同步（synchronized），如果需要多個(gè)線程并發(fā)訪問(wèn)，用戶可以手動(dòng)同步，也可使用 Vector 替代。
• LinkedList：線程不同步。雙向鏈接實(shí)現(xiàn)。LinkedList 同時(shí)實(shí)現(xiàn)了 List 接口和 Deque 接口，也就是說(shuō)它既可以看作一個(gè)順序容器，又可以看作一個(gè)隊(duì)列（Queue），同時(shí)又可以看作一個(gè)棧（Stack）。這樣看來(lái)，LinkedList 簡(jiǎn)直就是個(gè)全能冠軍。當(dāng)你需要使用棧或者隊(duì)列時(shí)，可以考慮使用 LinkedList，一方面是因?yàn)?Java 官方已經(jīng)聲明不建議使用 Stack 類，更遺憾的是，Java 里根本沒(méi)有一個(gè)叫做 Queue 的類（它是個(gè)接口名字）。關(guān)于?；蜿?duì)列，現(xiàn)在的首選是 ArrayDeque，它有著比 LinkedList（當(dāng)作棧或隊(duì)列使用時(shí)）有著更好的性能。
• Stack and Queue：Java 里有一個(gè)叫做 Stack 的類，卻沒(méi)有叫做 Queue 的類（它是個(gè)接口名字）。當(dāng)需要使用棧時(shí)，Java 已不推薦使用 Stack，而是推薦使用更高效的 ArrayDeque；既然 Queue 只是一個(gè)接口，當(dāng)需要使用隊(duì)列時(shí)也就首選 ArrayDeque 了（次選是 LinkedList ）。
• Vector：線程同步。默認(rèn)初始容量為 10，當(dāng)數(shù)組大小不足時(shí)容量擴(kuò)大為 2 倍。它的同步是通過(guò)Iterator方法加synchronized實(shí)現(xiàn)的。
• Stack：線程同步。繼承自 Vector，添加了幾個(gè)方法來(lái)完成棧的功能?，F(xiàn)在已經(jīng)不推薦使用 Stack，在棧和隊(duì)列中有限使用 ArrayDeque，其次是 LinkedList。
• TreeSet：線程不同步，內(nèi)部使用NavigableMap操作。默認(rèn)元素 “自然順序” 排列，可以通過(guò)Comparator改變排序。TreeSet 里面有一個(gè) TreeMap（適配器模式）
• HashSet：線程不同步，內(nèi)部使用 HashMap 進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，提供的方法基本都是調(diào)用 HashMap 的方法，所以兩者本質(zhì)是一樣的。集合元素可以為 NULL。
• Set：Set 是一種不包含重復(fù)元素的 Collection，Set 最多只有一個(gè) null 元素。Set 集合通?？梢酝ㄟ^(guò) Map 集合通過(guò)適配器模式得到。
• PriorityQueue：Java 中 PriorityQueue 實(shí)現(xiàn)了 Queue 接口，不允許放入 null 元素；其通過(guò)堆實(shí)現(xiàn)，具體說(shuō)是通過(guò)完全二叉樹(shù)（complete binary tree）實(shí)現(xiàn)的小頂堆（任意一個(gè)非葉子節(jié)點(diǎn)的權(quán)值，都不大于其左右子節(jié)點(diǎn)的權(quán)值），也就意味著可以通過(guò)數(shù)組來(lái)作為 PriorityQueue 的底層實(shí)現(xiàn)。
  • 優(yōu)先隊(duì)列的作用是能保證每次取出的元素都是隊(duì)列中權(quán)值最小的（Java 的優(yōu)先隊(duì)列每次取最小元素，C++ 的優(yōu)先隊(duì)列每次取最大元素）。這里牽涉到了大小關(guān)系，元素大小的評(píng)判可以通過(guò)元素本身的自然順序（natural ordering），也可以通過(guò)構(gòu)造時(shí)傳入的比較器（Comparator，類似于 C++ 的仿函數(shù)）。
• NavigableSet：添加了搜索功能，可以對(duì)給定元素進(jìn)行搜索：小于、小于等于、大于、大于等于，放回一個(gè)符合條件的最接近給定元素的 key。
• EnumSet：線程不同步。內(nèi)部使用 Enum 數(shù)組實(shí)現(xiàn)，速度比HashSet快。只能存儲(chǔ)在構(gòu)造函數(shù)傳入的枚舉類的枚舉值。

Map

• TreeMap：線程不同步，基于紅黑樹(shù)（Red-Black tree）的 NavigableMap 實(shí)現(xiàn)，能夠把它保存的記錄根據(jù)鍵排序，默認(rèn)是按鍵值的升序排序，也可以指定排序的比較器，當(dāng)用 Iterator 遍歷 TreeMap 時(shí)，得到的記錄是排過(guò)序的。
  • TreeMap 底層通過(guò)紅黑樹(shù)（Red-Black tree）實(shí)現(xiàn)，也就意味著containsKey(),get(),put(),remove()都有著log(n)的時(shí)間復(fù)雜度。其具體算法實(shí)現(xiàn)參照了《算法導(dǎo)論》。
• HashTable：線程安全，HashMap 的迭代器 (Iterator) 是fail-fast迭代器。HashTable 不能存儲(chǔ) NULL 的 key 和 value。
• HashMap：線程不同步。根據(jù)key的hashcode進(jìn)行存儲(chǔ)，內(nèi)部使用靜態(tài)內(nèi)部類Node的數(shù)組進(jìn)行存儲(chǔ)，默認(rèn)初始大小為 16，每次擴(kuò)大一倍。當(dāng)發(fā)生 Hash 沖突時(shí)，采用拉鏈法（鏈表）。JDK 1.8中：當(dāng)單個(gè)桶中元素個(gè)數(shù)大于等于8時(shí)，鏈表實(shí)現(xiàn)改為紅黑樹(shù)實(shí)現(xiàn)；當(dāng)元素個(gè)數(shù)小于6時(shí)，變回鏈表實(shí)現(xiàn)。由此來(lái)防止hashCode攻擊。
  • Java HashMap 采用的是沖突鏈表方式。
  • HashMap 是 Hashtable 的輕量級(jí)實(shí)現(xiàn)，可以接受為 null 的鍵值 (key) 和值 (value)，而 Hashtable 不允許。
• LinkedHashMap：保存了記錄的插入順序，在用 Iterator 遍歷 LinkedHashMap 時(shí)，先得到的記錄肯定是先插入的。也可以在構(gòu)造時(shí)用帶參數(shù)，按照應(yīng)用次數(shù)排序。在遍歷的時(shí)候會(huì)比 HashMap 慢，不過(guò)有種情況例外，當(dāng) HashMap 容量很大，實(shí)際數(shù)據(jù)較少時(shí)，遍歷起來(lái)可能會(huì)比 LinkedHashMap 慢，因?yàn)?LinkedHashMap 的遍歷速度只和實(shí)際數(shù)據(jù)有關(guān)，和容量無(wú)關(guān)，而 HashMap 的遍歷速度和他的容量有關(guān)。
• WeakHashMap：從名字可以看出它是某種 Map。它的特殊之處在于 WeakHashMap 里的 entry 可能會(huì)被 GC 自動(dòng)刪除，即使程序員沒(méi)有調(diào)用remove()或者clear()方法。 WeakHashMap 的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)類似于HashMap
  • 既然有 WeekHashMap，是否有 WeekHashSet 呢？答案是沒(méi)有！不過(guò) Java Collections 工具類給出了解決方案，Collections.newSetFromMap(Map<E,Boolean> map)方法可以將任何 Map包裝成一個(gè)Set。

集合工具類

• Collections、Arrays：集合類的一個(gè)工具類幫助類，其中提供了一系列靜態(tài)方法，用于對(duì)集合中元素進(jìn)行排序、搜索以及線程安全等各種操作。

• Comparable、Comparator：一般是用于對(duì)象的比較來(lái)實(shí)現(xiàn)排序，兩者略有區(qū)別。

  • 類設(shè)計(jì)者沒(méi)有考慮到比較問(wèn)題而沒(méi)有實(shí)現(xiàn) Comparable 接口。這是我們就可以通過(guò)使用 Comparator，這種情況下，我們是不需要改變對(duì)象的。
  • 一個(gè)集合中，我們可能需要有多重的排序標(biāo)準(zhǔn)，這時(shí)候如果使用 Comparable 就有些捉襟見(jiàn)肘了，可以自己繼承 Comparator 提供多種標(biāo)準(zhǔn)的比較器進(jìn)行排序。

說(shuō)明：線程不同步的時(shí)候可以通過(guò)，Collections.synchronizedList() 方法來(lái)包裝一個(gè)線程同步方法

通用實(shí)現(xiàn)

到此這篇關(guān)于深入理解Java基礎(chǔ)中的集合框架的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java集合框架內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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