java集合 List Set Map

1 说明

①、Collection：是list和set的根接口（即纯粹的抽象类，不能直接new对象），存储的是单值(区别于Map储存键值对)

②、Map：也是一个接口， 存储的是key-value键值对

③、List：列表，也是一个接口， 存储的是单值，允许重复、有顺序，所以通过索引来取值 --> 底层类似于数组

④、Set：集 ，也是一个接口， 存储的是单值，不允许重复，没有顺序，不能通过索引来操作

2 List

2.1 综述

List作为接口 有三种实现类

常用实现类	新增/查询/删除	底层数据结构
ArrayList(常用)	查询最快	动态数组
LinkedList	新增/删除最快 查询慢	双向链表
Vector	三者都慢	动态数组

2.2 ArrayList

ArrayList 我们常说的动态数组,ArrayList的底层是数组 之所以是动态的，是因为底层会自动的根据元素个数进行容量变动，同时在不指定元素的数据类型时，可以储存多种类型的数据

ArrayList作为List的实现类 底层又是数组，所以具有索引，因此在快速访问和遍历元素方面性能优秀

2.3 ArrayList的扩容机制

前面提到了ArrayList的底层是数组，因此ArrayList的扩容机制就是依靠Arrays.copyOf()实现的 但是在具体的判断上要说明一下：

当ArrayList创建出来时，如果给了初始容量，那么就会有一个初始容量

如果没有设置 那么初始容量就默认为10

容量设置发生在第一次添加数据前 接着就是根据代码不断向其中添加数据

当第10次添加数据时，整个ArrayList就被填满了

此时如果继续添加 那么在第11次添加数据前，系统就会自动对ArrayList进行扩容：

从代码可以看出新的容量是原有容量的1.5倍 因为 变量>>1 代表着数据除以2

在上次扩容后，新容量为15，那么在第16次添加数据时底层又会在原15的容量上扩容1.5倍 然后向下取整

以后的趋势是越扩容越大（底数越来越大 扩容1.5倍不变）

2.4 LinkedList

LinkedList 的底层实现是双向链表，这就使得LinkedList有了链表结构的一些特性

链表中元素的数量不受任何限制，可以随意地添加和删除，在添加和删除时只会影响相接的两个元素

因此与ArrayList相比，如果需要频繁地添加和删除元素，LinkedList的性能更加优越，而由于LinkedList又作为AbstractSequentialList类的子类，并实现了List接口，因此又能使用“索引”

但这不是真正的索引，所以链表查询数据会比较慢

特点：“查询效率低，增删效率高，线程不安全”

2.5 LinkedList有索引 为什么查找还会慢

这是因为该索引非彼索引

查看源码可以知道 LinkedList根据索引进行的操作都是，每一次for循环增加一次索引变量，然后返回item，不断循环下找到数据

而非真的根据索引直接找到对应元素。

假如集合size=100，要取index=40的元素，根据源码，100>>1=50,40<50,需要从前往后循环，循环40遍取出node.item.

如果正好取中间那位或者排后面的，则从后往前循环，直到找到该元素，所以LinkedList查找数据很慢，核心原因是用了循环去寻找数据。

3 set

3.1 综述

Set即集，作为Collection的子接口，与List相对，特点是元素不重复、无序、无索引

Set底层实现靠的是Map，实际存储了Key，所以无顺序且不可重复

3.2 hashset

作为Set接口的实现类，HashSet也要求元素不可重复，同时元素之间是无序的，输入的顺序和输出的顺序并没有关系，同时HashSet允许空对象的存在，但是只允许存在一个

HashSet的底层实现靠的是HashMap

3.3 LinkedHashSet

作为HashSet的子类，方法与父类几乎一模一样，不同的是元素是有序的，元素的插入顺序与遍历顺序一致

与HashSet一般，底层都是由HashMap实现

3.4 TreeSet

作为Set的一个实现类，与HashSet不同之处在于TreeSet采用的是红黑树数据结构，因此会默认对存入其中的元素进行排序

TreeSet的这种默认排序的特性就要求TreeSet的元素必须实现Comparable接口即重写了CompareTo()方法

如果是基本数据类型中数值类型的封装类（包裹类型） ，那么不用担心，这个接口都是实现了的

如果是自己定义的类，例如User、Person等等，那么就需要重写CompareTo()方法，也就是指定一个成员变量作为排序的依据，否则TreeSet就不允许该数据存入

4 map

4.1 综述

Map存储的都是一一对应的键值对，Key不能重复，Value可以重复，每个Key最多映射一个值Value。

Map作为接口不能直接穿件对象，它下面有四种实现类

Map的实现类的比较

实现类	底层数据结构	线程是否安全	K与V是否可以为null
HashMap<K,V>(推荐)	hash表	否	K和V 都可以为null
LinkedHashMap<K,V>	链表+hash表	否	K和V 都可以为null
TreeMap<K,V>	红黑树	否	K不可以为null , V可以
CouncurrentHashMap<K,V>(推荐)	1.7 锁分段 1.8 CAS	是	K和V都不可以为null
HashTable<K,V>	hash表	是(同步)	K和V都不可以为null

4.2 HashMap

HashMap是Map下的一个实现类，并且允许出现null键和null值，与Map一样，key不能重复，value可以重复

key和value可以是任意类型，但一般情况建议key：String value:Object

如图创建了一个HashMap 其中K为字符串类型 V为对象类型 初始容量为20

在没有指定容量时，HashMap的默认容量为16，默认负载因子为0.75 也就是说当数据超过16*0.75=12个时，HashMap就会自动进行扩容，新的容量为旧的容量的2倍

4.3 LinkedHashMap

LinkedHashMap是HashMap的子类，两者的功能方法几乎一致。

LinkedHashMap元素可以记录key录入的顺序，令key的录入顺序与遍历顺序一致。

4.4 TreeHashMap

TreeMap的key值有序，按照自然顺序对key进行排列，因此要求key的类型一定得实现Comparable接口 重写了compareTo()方法

TreeMap的方法与另外两个实现类相同

4.5 ConcurrentHashMap

https://www.cnblogs.com/jxxblogs/p/12517197.html

https://mp.weixin.qq.com/s/AHWzboztt53ZfFZmsSnMSw

有了HashMap 还产生了HashTable 是因为后者能实现线程同步 保证线程安全，但是后者基本不用 因为效率很低，取而代之的是ConcurrentHashMap，作为线程安全的HashMap ，它的使用频率也是很高，这个新的类型提出了一个“段”的概念，通过分段来保证线程安全与效率并举。

在多线程环境下，使用HashMap进行put操作时存在丢失数据的情况，为了避免这种bug的隐患，强烈建议使用ConcurrentHashMap代替HashMap。

总之 以后在多线程要使用Map时 推荐用ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap相对于HashMap效率提升了N倍（HashMap的容量倍数），至少16倍（HashMap初始容量16）

5 总结

【1】集合根类：

①、Collection和Map --> Object

②、Collection：存储的是单值！ --> List和Set

③、Map：存储键值映射！

【2】List：列表。 --> 存储的是单值！ 有顺序，允许重复！

①、ArrayList：

1.1：实质是一个动态数组！--> 容量会随着数组的数据增多或减少来自动设定大小！--> 查询速度会比较快。 删除：找到该索引然后将索引后的所有数据依次往前覆盖！

1.2：常用方法：add、 remove 、get(索引)、set、for循环、迭代器

1.3：ArrayList底层如何实现自动扩容？

1.3.1：创建了一个空的集合！

1.3.2：第一次添加数据的时候：会给集合分配一个默认的容量。 10

1.3.3：从第一次添加到第十次，当添加到十一的次时候：当数组的存满的时候，会进行扩容操作。 --> 按照1.5倍来进行扩容操作！

②、LinkedList：

2.1：实质是链表数据！ --> Node fisrt ; Node last;  --> Node{prev item next}

2.2：常用方法：围绕first和last --> addFirst  removeFirst getFirst

2.3：优点：删除、添加都会很快！ --> 删除操作影响前后！

③、Vector：-->保证线程安全！  如果在多线程中，要求每个线程之间单独互相不影响的时候！

【3】Set：集。 --> 底层实际是Map。实际中存储了Key。 无顺序，不可以重复！

①、HashSet。

②、LinkedHashSet：存储是按照插入的顺序！--> 根据key来排序！

③、TreeSet：存储是自然顺序！--> 存储的对象必须实现一个接口：Compable --> 重写compareTo

【4】Map：

①、HashMap：

1.1：存储键值一一对应！键是不可以重复的，是唯一的！而值是可以重复的！

1.2：常用方法：put(k,v)  remove(k)  get(k)  repalce(k)

1.3：HashMap底层：

1.3.1：是Node数组+单向链表！

1.3.2：创建一个空的集合。 当第一次添加数据的时候，给node数组设定一个初始容量！

1.3.3：通过hash值和数组长度来计算出对应的索引，然后索引来存储！

1.3.4：当node数组存储到负载因子(默认是0.75，长度为12)对应的容量，进行扩容操作！ --> 是按2倍的容量来进行扩容操作！

②、LinkedHashMap：根据插入的顺序！

③、TreeMap：根据key来按照自然顺序排序！

④、HashTable：保证线程安全！效率会非常低！

⑤、ConcurrentHashMap：保证线程安全！加了一个段！-->效率提高了N倍，最少是16倍！