* [概览](#概览) * [1. List](#1-list) * [2. Set](#2-set) * [3. Queue](#3-queue) * [4. Map](#4-map) * [5. Java 1.0/1.1 容器](#5-java-1011-容器) * [容器中的设计模式](#容器中的设计模式) * [1. 迭代器模式](#1-迭代器模式) * [2. 适配器模式](#2-适配器模式) * [散列](#散列) * [源码分析](#源码分析) * [1. ArraList](#1-arralist) * [2. Vector 与 Stack](#2-vector-与-stack) * [3. LinkedList](#3-linkedlist) * [4. TreeMap](#4-treemap) * [5. HashMap](#5-hashmap) * [6. LinkedHashMap](#6-linkedhashmap) * [7. ConcurrentHashMap](#7-concurrenthashmap) * [参考资料](#参考资料) # 概览  容器主要包括 Collection 和 Map 两种，Collection 又包含了 List、Set 以及 Queue。 ## 1. List - ArrayList：基于动态数组实现，支持随机访问； - LinkedList：基于双向循环链表实现，只能顺序访问，但是可以快速地在链表中间插入和删除元素。不仅如此，LinkedList 还可以用作栈、队列和双端队列。 ## 2. Set - HashSet：基于 Hash 实现，支持快速查找，但是失去有序性； - TreeSet：基于红黑树实现，保持有序，但是查找效率不如 HashSet； - LinkedListHashSet：具有 HashSet 的查找效率，且内部使用链表维护元素的插入顺序，因此具有有序性。 ## 3. Queue 只有两个实现：LinkedList 和 PriorityQueue，其中 LinkedList 支持双向队列，PriorityQueue 是基于堆结构实现。 ## 4. Map - HashMap：基于 Hash 实现 - LinkedHashMap：使用链表来维护元素的顺序，顺序为插入顺序或者最近最少使用（LRU）顺序 - TreeMap：基于红黑树实现 - ConcurrentHashMap：线程安全 Map，不涉及类似于 HashTable 的同步加锁 ## 5. Java 1.0/1.1 容器 对于旧的容器，我们决不应该使用它们，只需要对它们进行了解。 - Vector：和 ArrayList 类似，但它是线程安全的 - HashTable：和 HashMap 类似，但它是线程安全的 # 容器中的设计模式 ## 1. 迭代器模式 从概览图可以看到，每个集合类都有一个 Iterator 对象，可以通过这个迭代器对象来遍历集合中的元素。 [Java 中的迭代器模式 ](https://github.com/CyC2018/InterviewNotes/blob/master/notes/%E8%AE%BE%E8%AE%A1%E6%A8%A1%E5%BC%8F.md#92-java-%E5%86%85%E7%BD%AE%E7%9A%84%E8%BF%AD%E4%BB%A3%E5%99%A8) ## 2. 适配器模式 java.util.Arrays#asList() 可以把数组类型转换为 List 类型。 ```java List list = Arrays.asList(1, 2, 3); int[] arr = {1, 2, 3}; list = Arrays.asList(arr); ``` # 散列 使用 hasCode() 来返回散列值，使用的是对象的地址。 而 equals() 是用来判断两个对象是否相等的，相等的两个对象散列值一定要相同，但是散列值相同的两个对象不一定相等。 相等必须满足以下五个性质： 1. 自反性 2. 对称性 3. 传递性 4. 一致性（多次调用 x.equals(y)，结果不变） 5. 对任何不是 null 的对象 x 调用 x.equals(nul) 结果都为 false # 源码分析 建议先阅读 [ 算法 - 查找 ](https://github.com/CyC2018/InterviewNotes/blob/master/notes/%E7%AE%97%E6%B3%95.md#%E7%AC%AC%E4%B8%89%E7%AB%A0-%E6%9F%A5%E6%89%BE) 部分，对集合类源码的理解有很大帮助。 源码下载：[OpenJDK 1.7](http://download.java.net/openjdk/jdk7) ## 1. ArraList [ArraList.java](https://github.com/CyC2018/InterviewNotes/blob/master/notes/src/ArrayList.java) 实现了 RandomAccess 接口，因此支持随机访问，这是理所当然的，因为 ArrayList 是基于数组实现的。 ```java 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，这是因为该数组不一定所有位置都占满元素，因此也就没必要全部都进行序列化。需要重写 writeObject() 和 readObject()。 ```java private transient Object[] elementData; ``` 数组的默认大小为 10 ```java public ArrayList(int initialCapacity) { super(); if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity); this.elementData = new Object[initialCapacity]; } public ArrayList() { this(10); } ``` 删除元素时调用 System.arraycopy() 对元素进行复制，因此删除操作成本很高，最好在创建时就指定大概的容量大小，减少复制操作的执行次数。 ```java public E remove(int index) { rangeCheck(index); modCount++; E oldValue = elementData(index); int numMoved = size - index - 1; if (numMoved > 0) System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved); elementData[--size] = null; // Let gc do its work return oldValue; } ``` 添加元素时使用 ensureCapacity() 方法来保证容量足够，如果不够时，需要进行扩容，使得新容量为旧容量的 1.5 倍。 modCount 用来记录 ArrayList 发生变化的次数，因为每次在进行 add() 和 addAll() 时都需要调用 ensureCapacity()，因此直接在 ensureCapacity() 中对 modCount 进行修改。 ```java public void ensureCapacity(int minCapacity) { if (minCapacity > 0) ensureCapacityInternal(minCapacity); } private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) { modCount++; // overflow-conscious code if (minCapacity - elementData.length > 0) grow(minCapacity); } private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8; private void grow(int minCapacity) { // overflow-conscious code int oldCapacity = elementData.length; int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1); if (newCapacity - minCapacity < 0) newCapacity = minCapacity; if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) newCapacity = hugeCapacity(minCapacity); // minCapacity is usually close to size, so this is a win: elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); } private static int hugeCapacity(int minCapacity) { if (minCapacity < 0) // overflow throw new OutOfMemoryError(); return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ? Integer.MAX_VALUE : MAX_ARRAY_SIZE; } ``` 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{ // Write out element count, and any hidden stuff int expectedModCount = modCount; s.defaultWriteObject(); // Write out array length s.writeInt(elementData.length); // Write out all elements in the proper order. for (int i=0; i()); 返回一个线程安全的 ArrayList，也可以使用 concurrent 并发包下的 CopyOnWriteArrayList 类； **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。 ## 2. Vector 与 Stack [Vector.java](https://github.com/CyC2018/InterviewNotes/blob/master/notes/src/Vector.java) ## 3. LinkedList [LinkedList.java](https://github.com/CyC2018/InterviewNotes/blob/master/notes/src/LinkedList.java) ## 4. TreeMap [TreeMap.java](https://github.com/CyC2018/InterviewNotes/blob/master/notes/src/TreeMap.java) ## 5. HashMap [HashMap.java](https://github.com/CyC2018/InterviewNotes/blob/master/notes/src/HashMap.java) 使用拉链法来解决冲突。 默认容量 capacity 为 16，需要注意的是容量必须保证为 2 的次方。容量就是 Entry[] 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，load_factor 过大会导致聚簇的出现，从而影响查询和插入的效率，详见算法笔记。 ```java static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16; static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; transient Entry[] table; transient int size; int threshold; final float loadFactor; transient int modCount; ``` 从下面的添加元素代码中可以看出，当需要扩容时，令 capacity 为原来的两倍。 ```java void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { Entry e = table[bucketIndex]; table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e); if (size++ >= threshold) resize(2 * table.length); } ``` Entry 用来表示一个键值对元素，其中的 next 指针在序列化时会使用。 ```java static class Entry implements Map.Entry { final K key; V value; Entry next; final int hash; } ``` 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。 ```java public V get(Object key) { if (key == null) return getForNullKey(); int hash = hash(key.hashCode()); for (Entry e = table[indexFor(hash, table.length)]; e != null; e = e.next) { Object k; if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) return e.value; } return null; } ``` put() 操作也需要根据 key 是否为 null 做不同的处理，需要注意的是如果本来没有 key 为 null 的键值对，新插入一个 key 为 null 的键值对时默认是放在数组的 0 位置，这是因为 null 不能计算 hash 值，也就无法知道应该放在哪个链表上。 ```java public V put(K key, V value) { if (key == null) return putForNullKey(value); int hash = hash(key.hashCode()); int i = indexFor(hash, table.length); for (Entry e = table[i]; e != null; e = e.next) { Object k; if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) { V oldValue = e.value; e.value = value; e.recordAccess(this); return oldValue; } } modCount++; addEntry(hash, key, value, i); return null; } ``` ```java private V putForNullKey(V value) { for (Entry e = table[0]; e != null; e = e.next) { if (e.key == null) { V oldValue = e.value; e.value = value; e.recordAccess(this); return oldValue; } } modCount++; addEntry(0, null, value, 0); return null; } ``` ## 6. LinkedHashMap [LinkedHashMap.java](https://github.com/CyC2018/InterviewNotes/blob/master/notes/src/HashMap.java) ## 7. ConcurrentHashMap [ConcurrentHashMap.java](https://github.com/CyC2018/InterviewNotes/blob/master/notes/src/HashMap.java) [ 探索 ConcurrentHashMap 高并发性的实现机制 ](https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/java-lo-concurrenthashmap/) # 参考资料 - Java 编程思想