《Java架构师的第一性原理》21Java基础之集合容器

1 集合框架总览

• 整个集合框架分为两个门派（类型）：Collection和Map，前者是一个容器，存储一系列对象；后者是键值对<key, value>，存储一系列键值对。
• 在集合框架体系下，衍生出四种具体的集合类型：Map、Set、List、Queue。

2 Map集合体系详解

Map的设计理念：定位元素的时间复杂度到O(1)

2.1 HashMap

HashMap底层是数据 + 链表 + 红黑树这三种数据结构实现，它是非线程安全的集合。

关于HashMap的简要总结：

• 集合中最常用的Map集合类型，底层由数组 + 链表 + 红黑树组成；
• HashMap不是现成安全的
• 插入元素时，通过计算元素的哈希值，通过哈希映射函数转换为数组下标；查找元素时，同样通过哈希函数得到数组下标定位元素的位置；

2.2 LinkedHashMap

LinkedHashMap可以看作是HashMap和LinkedList的结合：它在HashMap的基础上添加了一条双向链表。

关于LinkedHashMap的简要总结：

• 它底层维护了一条双向链表，因为继承了HashMap，所以它也不是线程安全的；
• LinkedHashMap可实现LRU缓存淘汰策略，其原理是通过设置accessOrder = true，并重写removeEldestEntry方法定义淘汰元素时需满足的条件；

2.3 WeakHashMap

WeakHashMap底层是数据+链表，没有红黑树。

2.4 HashTable

HashTable底层是数组+链表存键值对，是一个线程安全的Map，它所有的方法都被加上了synchronized关键字。

2.5 TreeMap

3 Collection集合体系详解

 

9 常用面试题

java的集合框架有哪几种：

两种：collection和map，其中collection分为set和List。

List你使用过哪些

ArrayList和linkedList使用的最多，也最具代表性。

你知道vector和ArrayList和linkedList的区别嘛

ArrayList实现是一个数组，可变数组，默认初始化长度为10，也可以我们设置容量，但是没有设置的时候是默认的空数组，只有在第一步add的时候会进行扩容至10（重新创建了数组），后续扩容按照3/2的大小进行扩容，是线程不安全的，适用多读取，少插入的情况

linkedList是基于双向链表的实现，使用了尾插法的方式，内部维护了链表的长度，以及头节点和尾节点，所以获取长度不需要遍历。适合一些插入/删除频繁的情况。

Vector是线程安全的，实现方式和ArrayList相似，也是基于数组，但是方法上面都有synchronized关键词修饰。其扩容方式是原来的两倍。

hashMap和hashTable和ConcurrentHashMap的区别

hashMap是map类型的一种最常用的数据结构，其底部实现是数组+链表（在1.8版本后变为了数组+链表/红黑树的方式），其key是可以为null的，默认hash值为0。扩容以2的幂等次（为什么。。。因为只有是2的幂等次的时候（n-1）&x==x%n，当然不一定只有一个原因）。是线程不安全的

hashTable的实现形式和hashMap差不多，它是线程安全的，是继承了Dictionary，也是key-value的模式，但是其key不能为null。

ConcurrentHashMap是JUC并发包的一种，在hashMap的基础上做了修改，因为hashmap其实是线程不安全的，那在并发情况下使用hashTable嘛，但是hashTable是全程加锁的，性能不好，所以采用分段的思想，把原本的一个数组分成默认16段，就可以最多容纳16个线程并发操作，16个段叫做Segment，是基于ReetrantLock来实现的

说说你了解的hashmap吧

hashMap是Map的结构，内部用了数组+链表的方式，在1.8后，当链表长度达到8的时候，会变成红黑树，这样子就可以把查询的复杂度变成O（nlogn）了，默认负载因子是0.75，为什么是0.75呢？

我们知道当负载因子太小，就很容易触发扩容，如果负载因子太大就容易出现碰撞。所以这个是空间和时间的一个均衡点，在1.8的hashmap介绍中，就有描述了，貌似是0.75的负载因子中，能让随机hash更加满足0.5的泊松分布。

除此之外，1.7的时候是头插法，1.8后就变成了尾插法，主要是为了解决rehash出现的死循环问题，而且1.7的时候是先扩容后插入，1.8则是先插入后扩容(为什么？正常来说，如果先插入，就有可能节点变为树化，那么是不是多做一次树转化，比1.7要多损耗，个人猜测，因为读写问题，因为hashmap并不是线程安全的，如果说是先扩容，后写入，那么在扩容期间，是访问不到新放入的值的，是不是不太合适，所以会先放入值，这样子在扩容期间，那个值是在的）。

1.7版本的时候用了9次扰动，5次异或，4次位移，减少hash冲突，但是1.8就只用了两次，觉得就足够了一次异或，一次位移。

concurrentHashMap呢

concurrentHashMap是线程安全的map结构，它的核心思想是分段锁。在1.7版本的时候，内部维护了segment数组，默认是16个，segment中有一个table数组（相当于一个segmeng存放着一个hashmap。。。），segment继承了reentrantlock，使用了互斥锁，map的size其实就是segment数组的count和。而在1.8的时候做了一个大改版，废除了segment，采用了cas加synchronize方式来进行分段锁（还有自旋锁的保证），而且节点对象改用了Node不是之前的HashEntity。

Node可以支持链表和红黑树的转化，比如TreeBin就是继承了Node，这样子可以直接用instanceof来区分。1.8的put就很复杂来，会先计算出hash值，然后根据hash值选出Node数组的下标（默认数组是空的，所以一开始put的时候会初始化，指定负载因子是0.75，不可变），判断是否为空，如果为空，则用cas的操作来赋值首节点，如果失败，则因为自旋，会进入非空节点的逻辑，这个时候会用synchronize加锁头节点（保证整条链路锁定）这个时候还会进行二次判断，是否是同一个首节点，在分首节点到底是链表还是树结构，进行遍历判断。

concurrentHashMap的扩容方式

1.7版本的concurrentHashMap是基于了segment的，segment内部维护了HashEntity数组，所以扩容是在这个基础上的，类比hashmap的扩容，

1.8版本的concurrentHashMap扩容方式比较复杂，利用了ForwardingNode,先会根据机器内核数来分配每个线程能分到的busket数，（最小是16），这样子可以做到多线程协助迁移，提升速度。然后根据自己分配的busket数来进行节点转移，如果为空，就放置ForwardingNode，代表已经迁移完成，如果是非空节点（判断是不是ForwardingNode，是就结束了），加锁，链路循环,进行迁移。

hashMap的put方法的过程

判断key是否是null，如果是null对应的hash值就是0，获得hash值过后则进行扰动，（1.7是9次，5次异或，4次位移，1.8是2次），获取到的新hash值找出所在的index，（n-1）&hash，根据下标找到对应的Node/entity，然后遍历链表/红黑树，如果遇到hash值相同且equals相同，则覆盖值，如果不是则新增。如果节点数大于8了，则进行树化（1.8）。完成后，判断当前的长度是否大于阀值，是就扩容（1.7是先扩容在put）。

为什么修改hashcode方法要修改equals

都是map惹的祸，我们知道在map中判断是否是同一个对象的时候，会先判断hash值，在判断equals的，如果我们只是重写了hashcode，没有顺便修改equals，比如Intger，hashcode就是value值，如果我们不改写equals，而是用了Object的equals，那么就是判断两者指针是否一致了，那就会出现valueOf和new出来的对象会对于map而言是两个对象，那就是个问题了

TreeMap了解嘛

TreeMap是Map中的一种很特殊的map，我们知道Map基本是无序的，但是TreeMap是会自动进行排序的，也就是一个有序Map(使用了红黑树来实现），如果设置了Comparator比较器，则会根据比较器来对比两者的大小，如果没有则key需要是Comparable的子类（代码中没有事先check，会直接抛出转化异常，有点坑啊）。

LinkedHashMap了解嘛

LinkedHashMap是HashMap的一种特殊分支，是某种有序的hashMap，和TreeMap是不一样的概念，是用了HashMap+链表的方式来构造的，有两者有序模式：访问有序，插入顺序，插入顺序是一直存在的，因为是调用了hashMap的put方法，并没有重载，但是重载了newNode方法，在这个方法中，会把节点插入链表中，访问有序默认是关闭的，如果打开，则在每次get的时候都会把链表的节点移除掉，放到链表的最后面。这样子就是一个LRU的一种实现方式。

99 直接读这些牛人的原文

芋道源码：HashMap？面试？我是谁？我在哪

面经手册 · 第3篇《HashMap核心知识，扰动函数、负载因子、扩容链表拆分深度学习(+实践验证)》

yes的练级攻略：两个高频设计类面试题：如何设计HashMap和线程池

为什么 ConcurrentHashMap 的读操作不需要加锁？