diff --git a/notes/Java 容器.md b/notes/Java 容器.md index 5868a4e5..bbc63c3b 100644 --- a/notes/Java 容器.md +++ b/notes/Java 容器.md @@ -9,7 +9,7 @@ * [三、散列](#三散列) * [四、源码分析](#四源码分析) * [ArrayList](#arraylist) - * [Vector 与 Stack](#vector-与-stack) + * [Vector](#vector) * [LinkedList](#linkedlist) * [TreeMap](#treemap) * [HashMap](#hashmap) @@ -144,7 +144,7 @@ x.euqals(null); // false; # 四、源码分析 -建议先阅读 [算法-查找](https://github.com/CyC2018/Interview-Notebook/blob/master/notes/%E7%AE%97%E6%B3%95.md#%E6%9F%A5%E6%89%BE) 部分，对集合类源码的理解有很大帮助。 +建议先阅读 [算法-查找](https://github.com/CyC2018/Interview-Notebook/blob/master/notes/%E7%AE%97%E6%B3%95.md#%E6%9F%A5%E6%89%BE) 部分，对容器类源码的理解有很大帮助。 源码下载：[OpenJDK 1.7](http://download.java.net/openjdk/jdk7) @@ -161,7 +161,7 @@ public class ArrayList extends AbstractList implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable ``` -基于数组实现，保存元素的数组使用 transient 修饰，该关键字声明该数组默认不会被序列化。这是因为该数组不是所有位置都占满元素，因此也就没必要全部都进行序列化。ArrayList 重写了 writeObject() 和 readObject() 来控制只序列化数组中有元素填充那么部分内容。 +基于数组实现，保存元素的数组使用 transient 修饰，该关键字声明数组默认不会被序列化。这是 ArrayList 具有动态扩容特性，因此保存元素的数组不一定都会被使用，那么就没必要全部进行序列化。ArrayList 重写了 writeObject() 和 readObject() 来控制只序列化数组中有元素填充那么部分内容。 ```java private transient Object[] elementData; @@ -200,7 +200,7 @@ public E remove(int index) { } ``` -添加元素时使用 ensureCapacity() 方法来保证容量足够，如果不够时，需要使用 grow() 方法进行扩容，使得新容量为旧容量的 1.5 倍。扩容操作需要把原数组整个复制到新数组中，因此最好在创建 ArrayList 时就指定大概的容量大小，减少扩容操作的次数。 +添加元素时使用 ensureCapacity() 方法来保证容量足够，如果不够时，需要使用 grow() 方法进行扩容，使得新容量为旧容量的 1.5 倍（oldCapacity + (oldCapacity >> 1))。扩容操作需要把原数组整个复制到新数组中，因此最好在创建 ArrayList 对象时就指定大概的容量大小，减少扩容操作的次数。 ```java private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { @@ -233,12 +233,12 @@ private static int hugeCapacity(int minCapacity) { ### 2. Fail-Fast -modCount 用来记录 ArrayList 结构发生变化的次数，结构发生变化是指添加或者删除至少一个元素的所有操作，或者是调整内部数组的大小，仅仅只是设置元素的值不算结构发生变化。 +modCount 用来记录 ArrayList 结构发生变化的次数。结构发生变化是指添加或者删除至少一个元素的所有操作，或者是调整内部数组的大小，仅仅只是设置元素的值不算结构发生变化。 在进行序列化或者迭代等操作时，需要比较操作前后 modCount 是否改变，如果改变了需要抛出 ConcurrentModificationException。 ```java -private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws java.io.IOException{ +private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws java.io.IOException { // Write out element count, and any hidden stuff int expectedModCount = modCount; s.defaultWriteObject(); @@ -258,18 +258,18 @@ private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws java.io.IOExceptio ### 3. 和 Vector 的区别 -1. Vector 和 ArrayList 几乎是完全相同的，唯一的区别在于 Vector 是同步的，因此开销就比 ArrayList 要大，访问速度更慢。最好使用 ArrayList 而不是 Vector，因为同步操作完全可以由程序员自己来控制； -2. Vector 每次扩容请求其大小的 2 倍空间，而 ArrayList 是 1.5 倍。 +- Vector 和 ArrayList 几乎是完全相同的，唯一的区别在于 Vector 是同步的，因此开销就比 ArrayList 要大，访问速度更慢。最好使用 ArrayList 而不是 Vector，因为同步操作完全可以由程序员自己来控制； +- Vector 每次扩容请求其大小的 2 倍空间，而 ArrayList 是 1.5 倍。 为了获得线程安全的 ArrayList，可以调用 Collections.synchronizedList(new ArrayList<>()); 返回一个线程安全的 ArrayList，也可以使用 concurrent 并发包下的 CopyOnWriteArrayList 类； ### 4. 和 LinkedList 的区别 -1. ArrayList 基于动态数组实现，LinkedList 基于双向循环链表实现； -2. ArrayList 支持随机访问，LinkedList 不支持； -3. LinkedList 在任意位置添加删除元素更快。 +- ArrayList 基于动态数组实现，LinkedList 基于双向循环链表实现； +- ArrayList 支持随机访问，LinkedList 不支持； +- LinkedList 在任意位置添加删除元素更快。 -## Vector 与 Stack +## Vector [Vector.java](https://github.com/CyC2018/JDK-Source-Code/tree/master/src/Vector.java) @@ -295,15 +295,23 @@ transient Entry[] table; 其中，Entry 就是存储数据的键值对，它包含了四个字段。从 next 字段我们可以看出 Entry 是一个链表，即每个桶会存放一个链表。 -

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### 2. 拉链法的工作原理 -使用默认构造函数新建一个 HashMap，默认大小为 16。Entry 的类型为 <String, Integer>。先后插入三个元素：("sachin", 30), ("vishal", 20) 和 ("vaibhav", 20)。计算 "sachin" 的 hashcode 为 115，使用除留余数法得到 115 % 16 = 3，因此 ("sachin", 30) 键值对放到第 3 个桶上。同样得到 ("vishal", 20) 和 ("vaibhav", 20) 都应该放到第 6 个桶上，因此需要把 ("vaibhav", 20) 链接到 ("vishal", 20) 之后。 +```java +HashMap map = new HashMap<>(); // 默认大小为 16 +map.put("sachin", 30); +map.put("vishal", 20); +map.put("vaibhav", 20); +``` -

+- 计算 "sachin" 的 hashcode 为 115，使用除留余数法得到 115 % 16 = 3，因此 ("sachin", 30) 键值对放到第 3 个桶上。 +- 同样得到 ("vishal", 20) 和 ("vaibhav", 20) 都应该放到第 6 个桶上。("vishal", 20) 先放入， ("vaibhav", 20) 链接到 ("vishal", 20) 之后。 -当进行查找时，需要分成两步进行，第一步是先根据 hashcode 计算出所在的桶，第二步是在链表上顺序查找。由于 table 是数组形式的，具有随机读取的特性，因此这一步的时间复杂度为 O(1)，而第二步需要在链表上顺序查找，时间复杂度显然和链表的长度成正比。 +

+ +当进行查找时，需要分成两步进行，第一步是先根据 hashcode 计算出所在的桶，第二步是在链表上顺序查找。由于 table 是数组形式的，具有随机读取的特性，因此第一步的时间复杂度为 O(1)，而第二步需要在链表上顺序查找，时间复杂度显然和链表的长度成正比。 ### 3. 扩容 @@ -313,11 +321,12 @@ transient Entry[] table; 和扩容相关的参数主要有：capacity、size、threshold 和 load_factor。 -capacity 表示 table 的容量大小，默认为 16，需要注意的是容量必须保证为 2 的次方。容量就是 table 数组的长度，size 是数组的实际使用量。 - -threshold 规定了一个 size 的临界值，size 必须小于 threshold，如果大于等于，就必须进行扩容操作。 - -threshold = capacity * load_factor，其中 load_factor 为 table 数组能够使用的比例。 +| 参数 | 含义 | +| :--: | :-- | +| capacity | table 的容量大小，默认为 16，需要注意的是 capacity 必须保证为 2 的次方。| +| size | table 的实际使用量。 | +| threshold | size 的临界值，size 必须小于 threshold，如果大于等于，就必须进行扩容操作。 | +| load_factor | table 能够使用的比例，threshold = capacity * load_factor。| ```java static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16; @@ -348,7 +357,7 @@ void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { } ``` -扩容使用 resize() 实现，需要注意的是，扩容操作同样需要把旧 table 的所有键值对重新插入新的 table 中，因此这一步是很费时的。但是从均摊分析的角度来考虑，HashMap 的查找速度依然在常数级别。 +扩容使用 resize() 实现，需要注意的是，扩容操作同样需要把旧 table 的所有键值对重新插入新的 table 中，因此这一步是很费时的。 ```java void resize(int newCapacity) { @@ -384,7 +393,42 @@ void transfer(Entry[] newTable) { } ``` -### 4. null 值 +### 4. capacity 保证为 2 的幂次方 + +令 x = 1<<4，即 x 为 2 的 4 次方，它具有以下性质： + +``` +x : 00010000 +x-1 : 00001111 +``` + +令一个数 y 与 x-1 做与运算，可以去除 y 位级表示的第 4 位以上数： + +``` +y : 10110010 +x-1 : 00001111 +y&(x-1) : 00000010 +``` + +这个性质和 y 对 x 取模式一样的： + +``` +x : 00010000 +y : 10110010 +y%x : 00000010 +``` + +我们知道，位运算的代价比求模运算小的多，因此在进行这种计算时能用位运算的话能带来更高的性能。 + +拉链法需要使用除留余数法来得到桶下标，也就是需要进行以下计算：hash%capacity，如果能保证 capacity 为 2 的幂次方，那么就可以将这个操作转换位位运算。 + +```java +static int indexFor(int h, int length) { + return h & (length-1); +} +``` + +### 5. null 值 get() 操作需要分成两种情况，key 为 null 和不为 null，从中可以看出 HashMap 允许插入 null 作为键。 @@ -442,7 +486,7 @@ private V putForNullKey(V value) { } ``` -### 5. 与 HashTable 的区别 +### 6. 与 HashTable 的区别 - HashMap 几乎可以等价于 Hashtable，除了 HashMap 是非 synchronized 的，并可以接受 null(HashMap 可以接受为 null 的键值 (key) 和值 (value)，而 Hashtable 则不行)。 - HashMap 是非 synchronized，而 Hashtable 是 synchronized，这意味着 Hashtable 是线程安全的，多个线程可以共享一个 Hashtable；而如果没有正确的同步的话，多个线程是不能共享 HashMap 的。Java 5 提供了 ConcurrentHashMap，它是 HashTable 的替代，比 HashTable 的扩展性更好。 @@ -450,7 +494,6 @@ private V putForNullKey(V value) { - 由于 Hashtable 是线程安全的也是 synchronized，所以在单线程环境下它比 HashMap 要慢。如果你不需要同步，只需要单一线程，那么使用 HashMap 性能要好过 Hashtable。 - HashMap 不能保证随着时间的推移 Map 中的元素次序是不变的。 -> [What is difference between HashMap and Hashtable in Java?](http://javarevisited.blogspot.hk/2010/10/difference-between-hashmap-and.html) ## LinkedHashMap @@ -467,3 +510,4 @@ private V putForNullKey(V value) { - Java 编程思想 - [Java Collection Framework](https://www.w3resource.com/java-tutorial/java-collections.php) - [Iterator 模式](https://openhome.cc/Gossip/DesignPattern/IteratorPattern.htm) +> [What is difference between HashMap and Hashtable in Java?](http://javarevisited.blogspot.hk/2010/10/difference-between-hashmap-and.html)