Java笔记（三）：集合

HashMap 和 HashTable 的区别

HashMap	HashTable
线程不安全	线程安全
继承 AbstractMap	继承 Dictionary
允许空的 key 和 value 值	不允许空的 key 和 value 值
初始长度为16或2的幂次方	初始⻓度是11或给定大小
每次扩充变为原来的两倍	每次扩充容量变为之前的 2n+1
entry大于等于8时变为红黑树	/

HashMap & HashSet

HashMap

• HashMap 的长度为什么是 2 的幂次方：

  • 对哈希值h进行计算索引的操作等价于h&(n-1)，效果和h%n是一样的，但&操作性能更优。通过将长度设为2的幂次方，可以保证n-1的二进制表示全为1，这样对哈希值进行位与运算相当于对哈希值的低位取模，从而均匀地将键值对分布到数组的不同位置上。
  • 长度为2的幂次方还能够方便地进行数组的扩容和重哈希操作。在扩容时，新数组的长度通常是原长度的两倍，而且新数组的索引位置与旧数组的索引位置之间存在特定的关系，使得元素可以快速地重新映射到新数组中。

• 扩容机制：发生冲突的话则以链表的形式存储，jdk1.8之后引入了红黑树，链表的长度超过8之后会使用红黑树，小于6之后则又转换回来。

• HashMap 线程安全的实现：ConcurrentHashMap（分段锁，效率最高），HashTable（只有一把锁，期间不能put和get），Collections.synchronizedMap

• 线程不安全原因：在扩容时，新增数据采用头插法，会造成链表翻转形成闭环，jdk1.8之后就不再采用头插法了，而是直接插入链表尾部，因此不会形成环形链表形成死循环，但是在多线程的情况下仍然是不安全的，在put数据时如果出现两个线程同时操作，可能会发生数据覆盖，引发线程不安全，总之，用ConcurrentHashMap没错了。

HashSet

• HashSet 继承于 AbstractSet 接口，实现了 Set、 Cloneable,、 java.io.Serializable 接口。 HashSet 不允许集合中出现重复的值。HashSet 底层其实就是 HashMap，所有对 HashSet 的操作其实就是对HashMap 的操作。所以 HashSet 也不保证集合的顺序，也不是线程安全的容器。

ConcurrentHashMap

JDK 1.7: ReentrantLock+Segment+HashEntry

HashEntry数组 + Segment数组 + Unsafe 「大量方法运用」

JDK1.7中数据结构是由一个Segment数组和多个HashEntry数组组成的，每一个Segment元素中存储的是HashEntry数组+链表，而且每个Segment均继承自可重入锁ReentrantLock，也就带有了锁的功能，当线程执行put的时候，只锁住对应的那个Segment 对象，对其他的 Segment 的 get put 互不干扰，这样子就提升了效率，做到了线程安全。

额外补充：我们对 ConcurrentHashMap 最关心的地方莫过于如何解决 HashMap 在 put 时候扩容引起的不安全问题？

在 JDK1.7 中 ConcurrentHashMap 在 put 方法中进行了两次 hash 计算去定位数据的存储位置，尽可能的减小哈希冲突的可能行，然后再根据 hash 值以 Unsafe 调用方式，直接获取相应的 Segment，最终将数据添加到容器中是由 segment对象的 put 方法来完成。由于 Segment 对象本身就是一把锁，所以在新增数据的时候，相应的 Segment对象块是被锁住的，其他线程并不能操作这个 Segment 对象，这样就保证了数据的安全性，在扩容时也是这样的，在 JDK1.7 中的 ConcurrentHashMap扩容只是针对 Segment 对象中的 HashEntry 数组进行扩容，还是因为 Segment 对象是一把锁，所以在 rehash 的过程中，其他线程无法对 segment 的 hash 表做操作，这就解决了 HashMap 中 put 数据引起的闭环问题。

JDK 1.8: Synchronized+CAS+Node+红黑树

JDK1.8屏蔽了JDK1.7中的Segment概念呢，而是直接使用「Node数组+链表+红黑树」的数据结构来实现，并发控制采用 「Synchronized + CAS机制」来确保安全性，为了兼容旧版本保留了Segment的定义，虽然没有任何结构上的作用。

总之JDK1.8中优化了两个部分：

• 放弃了 HashEntry 结构而是采用了跟 HashMap 结构非常相似的 Node数组 + 链表（链表长度大于8时转成红黑树）的形式
• Synchronize替代了ReentrantLock，我们一直固有的思想可能觉得，Synchronize是重量级锁，效率比较低，但为什么要替换掉ReentrantLock呢？
  • 随着JDK版本的迭代，本着对Synchronize不放弃的态度，内置的Synchronize变的越来越“轻”了，某些场合比使用API更加灵活。
  • 加锁力度的不同，在JDK1.7中加锁的力度是基于Segment的，包含多个HashEntry，而JDK1.8锁的粒度就是HashEntry（首节点），也就是1.8中加锁力度更低了，在粗粒度加锁中 ReentrantLock 可能通过 Condition 来控制各个低粒度的边界，更加的灵活，而在低粒度中，Condition的优势就没有了，所以使用内置的 Synchronize 并不比ReentrantLock效果差。

Vector 和 ArrayList 的区别

ArrayList	Vector
线程不安全	线程安全
1.5倍扩容	2x扩容
/	链表实现

线程安全的集合

var list = new Vector<>(); // deprecated 使用synchronized修饰add
var list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<>());
var list = new CopyOnWriteArrayList<>(); // 写入时复制 使用lock在add中，效率较高

Arrays.asList 获得的 List 应该注意什么

• Arrays.asList 转换完成后的 List 不能再进⾏结构化的修改，什么是结构化的修改？就是不能再进
  ⾏任何 List 元素的增加或者减少的操作。

• Arrays.asList 不⽀持基础类型的转换