（五）Java集合
Java集合
1、Java集合（容器）
Java 容器分为 Collection 和 Map 两大类，各自都有很多子类。
Collections是一个包装类，包含有关集合的各种静态方法，不能被实例化，Collections集合框架的工具类。
java.util.concurrent包下的所有集合类都是线程安全。
List和Set继承自Collection<E>接口，Map<K,V>是一个接口可以被其他接口继承。
Collection接口（集合层次结构的最根本的接口，定义了集合基本方法）
| ├AbstractCollection 对Collection接口的最小化抽象实现
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| ├List 有序可重复集合
| │-├AbstractList 有序集合的最小化抽象实现
| │-├ArrayList 基于数组实现的有序集合（无参构造初始长度为10，长度可变，每次扩容0.5倍，底层是动态数组，非线程安全，允许存储null，不适用泛型的时候，可以添加不同类型的元素）
| │-├LinkedList 基于链表实现的有序集合（底层是双向链表，非线程安全，允许存储null）
| │-└Vector 矢量队列（长度可变，每次扩容1倍，底层是数组，线程安全）
| │ └Stack 栈，先进后出（线程安全）
| │
| ├Set 不重复集合（1、数组转List：asList()方法2、List转数组：toArray() 方法，返回Object数组）
| │├AbstractSet 不重复集合的最小化抽象实现
| │├HashSet 基于hash实现的不重复集合，无序，支持null（线程不安全）
| │├LinkedHashSet 基于hash实现的不重复集合，有序（按照插入排序，遍历效率高 于HashSet）
| │└SortedSet 可排序不重复集合
| │ └NavigableSet 可导航搜索的不重复集合
| │ └TreeSet 基于红黑树实现的可排序不重复集合（添加数据的时候必须实现Comparable接口或创建TreeSet对象的时候传入Comparator对象）
| │
| ├Queue 队列
（Queue队列的添加元素方法：add()方法和offer()方法
在容量已满的情况下，add()方法会抛出
IllegalStateException异常，offer()方 法只会返回false。
Queue的从头部删除一个元素方法：remove()方法和 poll()方法，在队列元素 为空的情况下，remove()方 法会抛出NoSuchElementException异常，poll() 方 法只会返回null。
Queue的返回队列的头元素方法，不删除：element()方 法和peek()方法，在 队列元素为空的情况下， element()方法会抛出NoSuchElementException异 常，peek()方法只会返回null。）
| │├AbstractQueue 队列的核心实现
| │├BlockingQueue 阻塞队列
| │└Deque 可两端操作线性集合
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Map 键值映射集合（key无序唯一，value不要求有序可重复）
| ├AbstractMap 键值映射集合最小化抽象实现
| ├Hashtable 基于哈希表实现的键值映射集合，key、value均不可为null （线程安全，效率低）
| └Properties 用来处理配置文件，key和value都是String类型
| ├HashMap 类似Hashtable，但方法不同步，key、value可为null（不支持排序，基于散列桶，即底层是数组和链表，非线程安全）
| └LinkedHashMap 根据插入顺序实现的键值映射集合（有序）
| ├IdentityHashMap 基于哈希表实现的键值映射集合，两个key引用相等==，认为是同一个key
| ├SortedMap 可排序键值映射集合
| └NavigableMap 可导航搜索的键值映射集合
| └WeakHashMap 弱引用建，不阻塞被垃圾回收器回收，key回收后自动移除键值对
| ├TreeMap （本身就具备了保持元素唯一的特点）可以排序的Map集合，可以定制排序和自然排序（当元素实现了Comparable接口，重写compareTo方法之后，当进行排序会自动调用compareTo方法，就会有一个返回0的情况，一旦compareTo等待返回了0 ，就认为是同一个元素）
可以比较的点：
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有序、无序
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可重复、不可重复
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键、值是否可为null
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底层实现的数据结构（数组、链表、哈希...）
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线程安全性
2、迭代器Iterator
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首先说一下迭代器模式，它是 Java 中常用的设计模式之一。用于顺序访问集合对象的元素，无需知道集合对象的底层实现。
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Iterator 是可以遍历集合的对象，为各种容器提供了公共的操作接口，隔离对容器的遍历操作和底层实现，从而解耦。
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缺点是增加新的集合类需要对应增加新的迭代器类，迭代器类与集合类成对增加。
Iterator 接口源码中的方法
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java.lang.Iterable 接口被 java.util.Collection 接口继承，java.util.Collection 接口的 iterator() 方法返回一个 Iterator 对象
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next() 方法获得集合中的下一个元素
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hasNext() 检查集合中是否还有元素
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remove() 方法将迭代器新返回的元素删除
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forEachRemaining(Consumer<? super E> action) 方法，遍历所有元素
Iterator和ListIterator的区别
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ListIterator 继承 Iterator
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ListIterator 比 Iterator多方法
1） add(E e) 将指定的元素插入列表，插入位置为迭代器当前位置之前 2） set(E e) 迭代器返回的最后一个元素替换参数e 3） hasPrevious() 迭代器当前位置，反向遍历集合是否含有元素 4） previous() 迭代器当前位置，反向遍历集合，下一个元素 5） previousIndex() 迭代器当前位置，反向遍历集合，返回下一个元素的下 标 6） nextIndex() 迭代器当前位置，返回下一个元素的下标
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使用范围不同，Iterator可以迭代所有集合；ListIterator 只能用于List及其子类
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ListIterator 有 add 方法，可以向 List 中添加对象；Iterator 不能
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ListIterator 有 hasPrevious() 和 previous() 方法，可以实现逆向遍历；Iterator不可以
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ListIterator 有 nextIndex() 和previousIndex() 方法，可定位当前索引的位置；Iterator不可以
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ListIterator 有 set()方法，可以实现对 List 的修改；Iterator 仅能遍历，不能修改
3、TreeSet原理
TreeSet 基于 TreeMap 实现，TreeMap 基于红黑树实现
特点：
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有序
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无重复
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添加、删除元素、判断元素是否存在，效率比较高，时间复杂度为 O(log(N))
使用方式：
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TreeSet 默认构造方法，调用 add() 方法时会调用对象类实现的 Comparable 接口的 compareTo() 方法和集合中的对象比较，根据方法返回的结果有序存储
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TreeSet 默认构造方法，存入对象的类未实现 Comparable 接口，抛出 ClassCastException
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TreeSet 支持构造方法指定 Comparator 接口，按照 Comparator 实现类的比较逻辑进行有序存储
4、HashSet和HashMap区别
JDK8
HashMap
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实现 Map 接口
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键值对的方式存储
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新增元素使用 put(K key, V value) 方法
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底层通过对 key 进行 hash，使用数组 + 链表或红黑树对 key、value 存储
HashSet
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实现 Set 接口
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存储元素对象
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新增元素使用 add(E e) 方法
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底层是采用 HashMap 实现，大部分方法都是通过调用 HashMap 的方法来实现
5、TreeMap和TreeSet排序时如何比较元素
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TreeMap 会对 key 进行比较，有两种比较方式，第一种是构造方法指定 Comparator，使用 Comparator#compare() 方法进行比较；第二种是构造方法未指定 Comparator 接口，需要 key 对象的类实现 Comparable 接口，用 Comparable #compareTo() 方法进行比较
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TreeSet 底层是使用 TreeMap 实现
6、Collections工具类中的sort方法如何比较元素
Collections 工具类的 sort() 方法有两种方式
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第一种要求传入的待排序容器中存放的对象比较实现 Comparable 接口以实现元素的比较
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第二种不强制性的要求容器中的元素必须可比较，但要求传入参数 Comparator 接口的子类，需要重写 compare() 方法实现元素的比较规则，其实就是通过接口注入比较元素大小的算法，这就是回调模式的应用
7、去除List的相同元素
1 public class TestRemoveListSameElement { 2 3 public static void main(String[] args) { 4 List<String> l = Arrays.asList("1", "2", "3", "1"); 5 Set<String> s = new HashSet<String>(l); 6 System.out.println(s); 7 } 8 9 }
8、Vector、ArrayList、LinkedList 的存储性能和特性
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ArrayList 和 Vector 都是使用数组存储数据
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允许直接按序号索引元素
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插入元素涉及数组扩容、元素移动等内存操作
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根据下标找元素快，存在扩容的情况下插入慢
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Vector 对元素的操作，使用了 synchronized 方法，性能比 ArrayList 差
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Vector 属于遗留容器，早期的 JDK 中使用的容器
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LinkedList 使用双向链表存储元素
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LinkedList 按序号查找元素，需要进行前向或后向遍历，所以按下标查找元素，效率较低
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LinkedList 非线程安全
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LinkedList 使用的链式存储方式与数组的连续存储方式相比，对内存的利用率更高
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LinkedList 插入数据时只需要移动指针即可，所以插入速度较快
9、Map的遍历方式
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Map 的 keySet() 方法，单纯拿到所有 Key 的 Set
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Map 的 values() 方法，单纯拿到所有值的 Collection
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keySet() 获取到 key 的 Set，遍历 Set 根据 key 找值（不推荐使用，效率比下面的方式低，原因是多出了根据 key 找值的消耗）
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获取所有的键值对集合，迭代器遍历
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获取所有的键值对集合，for 循环遍历
10、List、Set、Map接口的特点与常用实现类
List 和 Set 实现了 Collection 接口。
List：
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允许重复的对象
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可以插入多个 null 元素
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是有序容器，保持了每个元素的插入顺序
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常用的实现类有 ArrayList、LinkedList 和 Vector。ArrayList，它提供了使用索引的随意访问，LinkedList 更合适经常添加或删除元素的场景
Set：
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不允许重复对象
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只允许一个 null 元素
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Set 接口最常用的几个实现类是 HashSet、LinkedHashSet 以及 TreeSet。HashSet 基于 HashMap 实现；LinkedHashSet 按照插入排序；TreeSet 通过 Comparator 或 Comparable 接口实现排序
Map：
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是单独的顶级接口，不是 Collection 的子接口
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Map 的 每个 Entry 都持有两个对象，key 和 value，key 唯一，value 可为 null 或重复
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Map 接口常用的实现类有 HashMap、LinkedHashMap、Hashtable 和 TreeMap
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Hashtable 和 未指定 Comparator 的 TreeMap 不可为 null；HashMap、LinkedHashMap、指定 Comparator 的 TreeMap 的 key 可以为 null
11、HashMap的实现原理（JDK8）
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HashMap 基于 Hash 算法实现，通过 put(key,value) 存储，get(key) 来获取 value
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当传入 key 时，HashMap 会根据 key，调用 hash(Object key) 方法，计算出 hash 值，根据 hash 值将 value 保存在 Node 对象里，Node 对象保存在数组里
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当计算出的 hash 值相同时，称之为 hash 冲突，HashMap 的做法是用链表和红黑树存储相同 hash 值的 value
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当 hash 冲突的个数：小于等于 8 使用链表；大于 8 且 tab length 大于等于 64 时，使用红黑树解决链表查询慢的问题
12、ConcurrentHashMap原理
HashMap 是线程不安全的，效率高；HashTable 是线程安全的，效率低。
ConcurrentHashMap 可以做到既是线程安全的，同时也可以有很高的效率，得益于使用了分段锁。
13、Vector、ArrayList、LinkedList的异同
相同：都实现了List接口，存储的特点相同
不同：
ArrayList：线程不安全，效率高，底层是数组，查询方便，插入删除不合适
LinkedList：线程不安全，底层是双向链表，对于频繁的插入、删除操作，使用此类比ArrayList效率高
