Java 容器
2019-08-19 15:57 Tony、 阅读(184) 评论(0) 编辑 收藏 举报
List:
特点：List是有序、可重复的容器。
有序：List中每个元素都有索引标记。可以根据元素的索引标记(在List中的位置)访问元素，从而精确控制这些元素。
可重复：List允许加入重复的元素。更确切地讲，List通常允许满足 e1.equals(e2) 的元素重复加入容器。
1 ArrayList:ArrayList底层是用数组实现的存储。 特点：查询效率高，增删效率低，线程不安全。我们一般使用它。查看源码：
我们可以看出ArrayList底层使用Object数组来存储元素数据。所有的方法，都围绕这个核心的Object数组来开展。
我们知道，数组长度是有限的，而ArrayList是可以存放任意数量的对象，长度不受限制，那么它是怎么实现的呢?本质上就是通过定义新的更大的数组，将旧数组中的内容拷贝到新数组，来实现扩容。 ArrayList的Object数组初始化长度为10，如果我们存储满了这个数组，需要存储第11个对象，就会定义新的长度更大的数组，并将原数组内容和新的元素一起加入到新数组中，源码如下：
2 LinkedList：底层用双向链表实现的存储。特点：查询效率低，增删效率高，线程不安全。
双向链表也叫双链表，是链表的一种，它的每个数据节点中都有两个指针，分别指向前一个节点和后一个节点。 所以，从双向链表中的任意一个节点开始，都可以很方便地找到所有节点。存储结构图：
我们查看LinkedList的源码，可以看到里面包含了双向链表的相关代码：
3 Vector：Vector底层是用数组实现的List，相关的方法都加了同步检查，因此“线程安全,效率低”。 比如，indexOf方法就增加了synchronized同步标记。
4 老鸟建议
如何选用ArrayList、LinkedList、Vector?
1. 需要线程安全时，用Vector。
2. 不存在线程安全问题时，并且查找较多用ArrayList(一般使用它)。
3. 不存在线程安全问题时，增加或删除元素较多用LinkedList。
Map
Map就是用来存储“键(key)-值(value) 对”的。 Map类中存储的“键值对”通过键来标识，所以“键对象”不能重复。
1 HashMap：HashMap底层实现采用了哈希表，这是一种非常重要的数据结构。
数据结构中由数组和链表来实现对数据的存储，他们各有特点。
(1) 数组：占用空间连续。 寻址容易，查询速度快。但是，增加和删除效率非常低。
(2) 链表：占用空间不连续。 寻址困难，查询速度慢。但是，增加和删除效率非常高。
Hashmap基本结构讲解
哈希表的基本结构就是“数组+链表”。我们打开HashMap源码，发现有如下两个核心内容：
HashMap底层源码(1)
其中的Entry[] table 就是HashMap的核心数组结构，我们也称之为“位桶数组”。我们再继续看Entry是什么，源码如下：
HashMap底层源码(2)
一个Entry对象存储了：
1. key：键对象 value：值对象
2. next:下一个节点
3. hash: 键对象的hash值
显然每一个Entry对象就是一个单向链表结构，我们使用图形表示一个Entry对象的典型示意：
Entry对象存储结构图
然后，我们画出Entry[]数组的结构(这也是HashMap的结构)：
Entry数组存储结构图
存储数据过程put(key,value)
明白了HashMap的基本结构后，我们继续深入学习HashMap如何存储数据。此处的核心是如何产生hash值，该值用来对应数组的存储位置。
HashMap存储数据过程示意图
我们的目的是将”key-value两个对象”成对存放到HashMap的Entry[]数组中。参见以下步骤：
(1) 获得key对象的hashcode
首先调用key对象的hashcode()方法，获得hashcode。
(2) 根据hashcode计算出hash值(要求在[0, 数组长度-1]区间)
hashcode是一个整数，我们需要将它转化成[0, 数组长度-1]的范围。我们要求转化后的hash值尽量均匀地分布在[0,数组长度-1]这个区间，减少“hash冲突”
i. 一种极端简单和低下的算法是：
hash值 = hashcode/hashcode;
也就是说，hash值总是1。意味着，键值对对象都会存储到数组索引1位置，这样就形成一个非常长的链表。相当于每存储一个对象都会发生“hash冲突”，HashMap也退化成了一个“链表”。
ii. 一种简单和常用的算法是(相除取余算法)：
hash值 = hashcode%数组长度
这种算法可以让hash值均匀的分布在[0,数组长度-1]的区间。 早期的HashTable就是采用这种算法。但是，这种算法由于使用了“除法”，效率低下。JDK后来改进了算法。首先约定数组长度必须为2的整数幂，这样采用位运算即可实现取余的效果：hash值 = hashcode&(数组长度-1)。
iii. 如下为我们自己测试简单的hash算法：
测试hash算
public class Test {
public static void main(String[] args) {
int h = 25860399;
int length = 16;//length为2的整数次幂,则h&(length-1)相当于对length取模
myHash(h, length);
}
/**
* @param h 任意整数
* @param length 长度必须为2的整数幂
* @return
*/
public static int myHash(int h,int length){
System.out.println(h&(length-1));
//length为2的整数幂情况下，和取余的值一样
System.out.println(h%length);//取余数
return h&(length-1);
}
}
运行如上程序，我们就能发现直接取余(h%length)和位运算(h&(length-1))结果是一致的。事实上，为了获得更好的散列效果，JDK对hashcode进行了两次散列处理(核心目标就是为了分布更散更均匀)，源码如下：
hash算法源码
(3) 生成Entry对象
如上所述，一个Entry对象包含4部分：key对象、value对象、hash值、指向下一个Entry对象的引用。我们现在算出了hash值。下一个Entry对象的引用为null。
(4) 将Entry对象放到table数组中
如果本Entry对象对应的数组索引位置还没有放Entry对象，则直接将Entry对象存储进数组;如果对应索引位置已经有Entry对象，则将已有Entry对象的next指向本Entry对象，形成链表。
总结如上过程：
当添加一个元素(key-value)时，首先计算key的hash值，以此确定插入数组中的位置，但是可能存在同一hash值的元素已经被放在数组同一位置了，这时就添加到同一hash值的元素的后面，他们在数组的同一位置，就形成了链表，同一个链表上的Hash值是相同的，所以说数组存放的是链表。 JDK8中，当链表长度大于8时，链表就转换为红黑树，这样又大大提高了查找的效率。
取数据过程get(key)
我们需要通过key对象获得“键值对”对象，进而返回value对象。明白了存储数据过程，取数据就比较简单了，参见以下步骤：
(1) 获得key的hashcode，通过hash()散列算法得到hash值，进而定位到数组的位置。
(2) 在链表上挨个比较key对象。 调用equals()方法，将key对象和链表上所有节点的key对象进行比较，直到碰到返回true的节点对象为止。
(3) 返回equals()为true的节点对象的value对象。
明白了存取数据的过程，我们再来看一下hashcode()和equals方法的关系：
Java中规定，两个内容相同(equals()为true)的对象必须具有相等的hashCode。因为如果equals()为true而两个对象的hashcode不同;那在整个存储过程中就发生了悖论。
扩容问题
HashMap的位桶数组，初始大小为16。实际使用时，显然大小是可变的。如果位桶数组中的元素达到(0.75*数组 length)， 就重新调整数组大小变为原来2倍大小。
扩容很耗时。扩容的本质是定义新的更大的数组，并将旧数组内容挨个拷贝到新数组中。
JDK8将链表在大于8情况下变为红黑二叉树
JDK8中，HashMap在存储一个元素时，当对应链表长度大于8时，链表就转换为红黑树，这样又大大提高了查找的效率。
2 TreeMap：TreeMap是红黑二叉树的典型实现。我们打开TreeMap的源码，发现里面有一行核心代码：
root用来存储整个树的根节点。我们继续跟踪Entry(是TreeMap的内部类)的代码：
源码可以看到里面存储了本身数据、左节点、右节点、父节点、以及节点颜色。 TreeMap的put()/remove()方法大量使用了红黑树的理论。
TreeMap和HashMap实现了同样的接口Map，因此，用法对于调用者来说没有区别。HashMap效率高于TreeMap;在需要排序的Map时才选用TreeMap。
Set
特点：无序、不可重复。
无序：指Set中的元素没有索引，我们只能遍历查找;
不可重复：指不允许加入重复的元素。更确切地讲，新元素如果和Set中某个元素通过equals()方法对比为true，则不能加入;甚至，Set中也只能放入一个null元素，不能多个。
1 HashSet：HashSet是采用哈希算法实现，底层实际是用HashMap实现的(HashSet本质就是一个简化版的HashMap)，因此，查询效率和增删效率都比较高。我们来看一下HashSet的源码：
我们发现里面有个map属性，这就是HashSet的核心秘密。我们再看add()方法，发现增加一个元素说白了就是在map中增加一个键值对，键对象就是这个元素，值对象是名为PRESENT的Object对象。说白了，就是“往set中加入元素，本质就是把这个元素作为key加入到了内部的map中”。
由于map中key都是不可重复的，因此，Set天然具有“不可重复”的特性。
2 TreeSet：TreeSet底层实际是用TreeMap实现的，内部维持了一个简化版的TreeMap，通过key来存储Set的元素。 TreeSet内部需要对存储的元素进行排序，因此，我们对应的类需要实现Comparable接口。这样，才能根据compareTo()方法比较对象之间的大小，才能进行内部排序。
