JAVA学习笔记——集合

比较常用的集合一般有4种接口，每种接口可以由多种数据结构去实现。这样我们就可以在实现相同接口（功能）的情况下，根据具体场景选择不同的数据结构。

Interface	Hash Table	Resizable Array	Balanced Tree	Linked List	Hash Table + Linked List
Set	HashSet		TreeSet		LinkedHashSet
List		ArrayList		LinkedList
Deque		ArrayDeque		LinkedList
Map	HashMap		TreeMap		LinkedHashMap

1. List

ArrayList、LinkedList、Vector都实现了接口List。List接口是一个有顺序的集合，元素可以重复，可以通过索引去访问元素。

1.1 ArrayList

ArrayList类维护了一个数组，访问操作效率高，删除和插入操作效率低。

transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

当增加元素且ArrayList的容量不够时，需要对数组进行扩容，扩容使用Arrays.copyOf()方法。
当删除元素时，会使用System.arraycopy()方法。
以上两个copy方法都是蛮费时间的。

1.2 LinkedList

LinkedList类维护了一个双端链表，first和last分别指向链表的头尾Node。

1.3 Vector

Vector类与ArrayList类非常相像，主要的区别是：Vector是线程安全的，ArratList不是线程安全的。

    protected Object[] elementData;

1.3.1 Stack

Stack类继承了Vector类，因为Vector类维护了一个数组，在数组基础上实现LIFO的功能还是很方便的。但这也会带来2个问题：

1. Stack类是基于数组实现的，push和pop操作的开销会比较大。
2. Stack可以使用Vector设置任意位置元素的方法setElementAt(E obj, int index)，那么Stack就不是纯粹的栈，栈只能操作栈顶的元素。

JDK文档建议，如果要使用栈这种数据结构，应该优先使用Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<Integer>();

2. Deque

Deque是Double End Queue的意思，该双端队列即可以用作FIFO的队列，也可以用作LIFO的栈。Stack类也是栈，但它有些缺点，应该优先使用Deque作为栈。

2.1 LinkedList

LinkedList类维护了一个双端链表，first和last分别指向链表的头尾Node。

2.2 ArrayDeque

ArrayDeque是在JDK1.6中才出现的。以数组的形式实现双端队列。
JDK文档建议：

1. 当要使用栈时，ArrayDeque比Stack要高效；
2. 当要使用队列时，ArrayDeque要比LinkedList要高效。

第1点的原因在上面说过解释过，第2点的原因有以下两点：

1. LinkedList每次push一次需要new一个Node，每次pop一次会产生一个Node垃圾等待回收。ArrayDeque由于是数组，push不会new，pop不会产生垃圾，虽然在容量不够时，还是会做扩大一倍容量的操作。
2. LinkedList在内存中是分散的，所以缓存命中率会比较低。

3. Map

3.1 HashMap

HashMap(散列表)是一个增删、查找都高效的数据结构。查找散列表一般分为2个步骤：

1. 计算键的hash值；
2. 找到相应的位置并解决冲突，放入该键值对。
   解决冲突有2种方法：拉链法和开放地址法（线性探测、二次探测、随机探测）

java中的HashMap采用的是拉链法，这是数组和链表的结合形式。

HashMap中的put()方法:

1. 计算哈希值。通过hashcode()计算出该对象key的hash值
2. 哈希值取模。对hash值进行取模操作hash%length，length是数组的长度。该长度应该是2的幂方，这样我们就可以对取模操作进行优化hash&(length-1)
3. 插入链表。得到模值之后，就将其作为索引找到相应的链表表头，该条链表中存储hash值一样的键值对，键值对存储在静态内部类Entry中。Entry保存键、值以及指向下一个键值对的next。

HashMap中的resize()方法:
当entry的数量大于阈值时，开始resize()。其中阈值是容量乘以加载因子。
resize()之后，table长度变为2倍，重新取模，重新链表插入。

负载因子：当hashmap中的有效容量除以总容量大于负载因子时，hashmap的容量就会翻倍。java的hashmap默认容量是16，负载因子时0.75。
容量：

Java8对HashMap的改进：当链表的长度大于一定值时，链表就转换为红黑树，实现了快速的增删改查，时间复杂度从顺序查找的O(n)优化到O(logn)。

HashTable与HashMap非常相似，他们有以下三点区别：

1. HashTable是synchronized的，是线程安全的，多个线程可以共享；HashMap相反
2. HashTable是synchronized的，在单线程下速度会比较慢；HashMap的速度比较快
3. HashTable不能接受null的键和值；HashMap则可以

【Reference】

1. JDK API文档 http://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/