【Java】Java集合容器总结

• Z时代
• 2024-01-10
• 分类：技术分享

public class LinkedHashMap<K, V> extends HashMap<K, V> {
private LinkedNode<K, V> first;
private LinkedNode<K, V> last;
private static class LinkedNode<K, V> extends Node<K, V> {
LinkedNode<K, V> prev;
LinkedNode<K, V> next;
public LinkedNode(K key, V value, Node<K, V> parent) {
super(key, value, parent);
}
}
} 

/**
* 添加元素时维护链表中元素的next和prev属性
*/
@Override
protected Node<K, V> createNode(K key, V value, Node<K, V> parent) {
LinkedNode<K, V> node = new LinkedNode(key, value, parent);
if (first == null)
first = last = node;
else {
last.next = node;
node.prev = last;
last = node;
}
return node;
}

Iterator<Integer> it = list.iterator();
while(it.hasNext()){
*// do something*
it.remove();
}

for(Integer i : list){
list.remove(i)
}

集合与数组的区别

• 数组长度固定
• 集合有自动扩容机制，长度可变
• 数组可以存储基本数据类型和引用数据类型，前者存值，后者存地址值
• 集合只能存储引用数据类型
• 使用场景：元素个数固定用数组，不固定用集合

常用的集合类

Map接口和Collection接口是所有集合类接口的父接口：

Collection：

List：有序（元素存入集合的顺序与取出集合的顺序一致）、可重复、可通过下标访问

• ArrayList：底层是数组，查找快、增删慢
• LinkedList：底层是链表，增删快、查找慢
• Vector：底层是数组，线程安全

Set：无序、不可重复、不可通过下标访问

• HashSet：底层是单列HashMap
• TreeSet：由单列TreeMap实现，内部是红黑树结构，可对存入元素进行排序
• LinkedHashSet：底层通过LinkedHashMap实现

Map：
Map是一个键值对集合，存储键值对之间的映射。key无序，唯一。值不要求有序，可以重复

• HashMap：底层由数组和链表组成，数组是主体，链表是为了解决Hash冲突，jdk1.8后，当链表的长度大于阈值8时，会转换为红黑树
• HashTable：底层由数组和链表组成，线程安全
• LikedHashMap：继承自HashMap，在HashMap的基础上维护了一个双向链表来记录元素添加的顺序，使得遍历的结果遵从插入的顺序，所以LinkedHashMap是有序的
• TreeMap：底层是红黑树，每个键值对是红黑树的一个节点，按键进行排序

集合类结构图：

集合的容量与扩容

实现原理

LinkedHashMap

继承自HashMap，在HashMap的基础上维护了一个双向链表来记录元素添加的顺序，使得遍历的结果遵从插入的顺序，所以LinkedHashMap是有序的。
由于是双向链表所以要维护prev和next指针，所以这里创建一个Node的子类LinkedNode，而且LinkedHashMap类中还要维护first和last

public class LinkedHashMap<K, V> extends HashMap<K, V> {
private LinkedNode<K, V> first;
private LinkedNode<K, V> last;
private static class LinkedNode<K, V> extends Node<K, V> {
LinkedNode<K, V> prev;
LinkedNode<K, V> next;
public LinkedNode(K key, V value, Node<K, V> parent) {
super(key, value, parent);
}
}
} 

LinkedHashMap是继承HashMap的，添加元素使用HashMap的添加逻辑即可，然后在节点创建时维护节点的next和prev即可。在HashMap中定义一个createNode()方法，LinkedHashMap中实现如下：

/**
* 添加元素时维护链表中元素的next和prev属性
*/
@Override
protected Node<K, V> createNode(K key, V value, Node<K, V> parent) {
LinkedNode<K, V> node = new LinkedNode(key, value, parent);
if (first == null)
first = last = node;
else {
last.next = node;
node.prev = last;
last = node;
}
return node;
}

HashSet

HashSet由单列的HashMap实现，HashMap在使用自定义的对象的作为key时，必须重写对象的hashCode和equals方法

TreeMap、TreeSet

• TreeMap实现了SortedMap接口，它是有序的。它的内部是一个红黑树结构，每个key-value是红黑树的一个节点。
• 如果在调用TreeMap的构造函数时没有指定比较器，则根据key执行自然排序。如果指定了比较器则按照比较器来进行排序。
• TreeMap使用自定义对象作为key时，类必须实现Comparable<>接口，并重写compareTo()方法（也可在创建集合对象时传入Comparator比较器，并重写compare()方法），使其按照指定规则排序。

HashMap

几种线程安全的Map解析

HashTable：
HashTable的get/put方法都被synchronized关键字修饰，说明它们是方法级别阻塞的，它们占用共享资源锁，所以导致同时只能一个线程操作get或者put，而且get/put操作不能同时执行，所以这种同步的集合效率非常低，一般不建议使用这个集合

SynchronizedMap：
private Map<String, Object> map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<String, Object>());
这种是直接使用工具类里面的方法创建SynchronizedMap，把传入进行的HashMap对象进行了包装同步而已，实现方式是加了个对象锁，每次对HashMap的操作都要先获取这个对象锁才能进入，所以性能也不会比HashTable好到哪里去

ConcurrentHashMap：
最推荐使用的线程安全的Map，实现方式最复杂， jdk8之前是使用分段加锁的方式，分成16个桶，每次只加锁其中一个桶，而在jdk8又加入了红黑树和CAS算法来实现。

一些面试题

如何边遍历边移除 Collection 中的元素？

边遍历边修改 Collection 的唯一正确方式是使用 Iterator.remove() 方法，如下：

Iterator<Integer> it = list.iterator();
while(it.hasNext()){
*// do something*
it.remove();
}

一种最常见的错误代码如下：

for(Integer i : list){
list.remove(i)
}

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。

遍历一个 List 有哪些不同的方式？每种方法的实现原理是什么？Java 中 List 遍历的最佳实践是什么？

遍历方式有以下几种：

1. for 循环遍历，基于计数器。在集合外部维护一个计数器，然后依次读取每一个位置的元素，当读取到最后一个元素后停止。
2. 迭代器遍历，Iterator。Iterator 是面向对象的一个设计模式，目的是屏蔽不同数据集合的特点，统一遍历集合的接口。Java 在 Collections 中支持了 Iterator 模式。
3. foreach 循环遍历。foreach 内部也是采用了 Iterator 的方式实现，使用时不需要显式声明 Iterator 或计数器。优点是代码简洁，不易出错；缺点是只能做简单的遍历，不能在遍历过程中操作数据集合，例如删除、替换。

最佳实践：Java Collections 框架中提供了一个 RandomAccess 接口，用来标记 List 实现是否支持 Random Access。

• 如果一个数据集合实现了该接口，就意味着它支持 Random Access，按位置读取元素的平均时间复杂度为 O(1)，如ArrayList。
• 如果没有实现该接口，表示不支持 Random Access，如LinkedList。

推荐的做法就是，支持 Random Access 的列表可用 for 循环遍历，否则建议用 Iterator 或 foreach 遍历。

说一下 ArrayList 的优缺点

ArrayList的优点如下：

• ArrayList 底层以数组实现，支持以下标访问，查找效率高。
• ArrayList 在做顺序添加时，直接在数组尾部添加元素，效率也高。

ArrayList 比较适合顺序添加、随机访问的场景。

ArrayList的插入分三种情况，从首位插入，中间位置插入，尾部插入。线性表的插入删除操作都是通过移动来实现的，由于数组长度固定不变，插入数据时，需要一个新的数组。

1. 首位插入时，先将新的数据放入到新的数组内，然后将原始数组中的数据复制到新的数组。
2. 中间位置插入，先将插入位置前面的数据先放到新的数组里，再放新的数据，再复制旧的数据完成添加
3. 尾部插入，由于不会影响其他元素，因此会直接插入到后面。

如何实现数组和 List 之间的转换？

• 数组转 List：使用 Arrays. asList(array) 进行转换。
• List 转数组：使用 List 自带的 toArray() 方法。

ArrayList 和 LinkedList 的区别是什么？

• ArrayList底层由数组实现，查找快，增删慢
• LinkedList底层由链表实现，增删快，查找慢

查找较多，或只需顺序遍历时，推荐使用ArrayList。在插入和删除操作较多时，推荐使用 LinkedList。

ArrayList 和 Vector 的区别是什么？

• ArrayList线程不安全，扩容时每次只扩0.5倍
• Vector线程安全，扩容时每次扩1倍

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