本文總結一下JDK中集合類的實現。首先看下集合類的繼承圖：

可看出，介面主要有Collection和Map兩大主線，其中Collection又有List和Set兩個分支。List是一個有序的佇列，每一個元素都有它的索引；而Set是一個不允許有重複元素的集合。Map是一個key-value鍵值對對映，AbstractMap是個抽象類，它實現了Map介面中的大部分API。Hashtable繼承於Dictionary，也實現了Map介面。

下面逐個說明：

ArrayList

ArrayList 是一個數組佇列，相當於動態陣列。與Java中的陣列相比，它的容量能動態增長。它繼承於AbstractList，實現了List，RandomAccess，Cloneable，java.io.Serializable介面。ArrayList不是執行緒安全的。

ArrayList包含兩個重要的物件：elementData和size。

size是動態陣列的實際大小，這裡主要說說elementData。它是Object[]型別的陣列，儲存了新增到ArrayList中的元素。elementData是個動態陣列，可通過建構函式ArrayList(int initialCapacity)來執行它的初始容量為initialCapacity；如果通過不含引數的建構函式ArrayList()來建立ArrayList，則elementData的容量預設是10。當ArrayList容量不足以容納全部元素時，ArrayList會重新設定容量= (原始容量x3) / 2 + 1。

ArrayList轉物件陣列方式：Integer[] newText = (Integer[])v.toArray(new Integer[0]);

LinkedList

LinkedList是繼承於AbstractSequentialList的雙向連結串列，可被當作堆疊、佇列或雙端佇列進行操作。實現了List，Deque，Cloneable，java.io.Serializable介面。LinkedList不是執行緒安全的。

LinkedList包含兩個重要的成員：header和size。

size是雙向連結串列中節點的個數，而header是雙向連結串列的表頭，它是雙向連結串列節點所對應的類Entry的例項。Entry中包含成員變數： previous、next和element。其中，previous是該節點的上一個節點，next是該節點的下一個節點，element是該節點所包含的值。

LinkedList是通過雙向連結串列去實現的，因此它的順序訪問會非常高效，而隨機訪問效率比較低。它的索引是通過一個計數索引值來實現的。例如，當呼叫get(int location)時，首先會比較“location”和“雙向連結串列長度的1/2”；若前者大，則從連結串列頭開始往後查詢，直到location位置；否則，從連結串列末尾開始先前查詢，直到location位置。

Vector

Vector是向量佇列，繼承於AbstractList，實現了List、RandomAccess和Cloneable介面。Vector是執行緒安全的。

Vector包含了3個成員變數：elementData、elementCount和capacityIncrement。

elementData是Object[]型別的陣列，它儲存了新增到Vector中的元素。如果初始化Vector時，沒指定elementData的大小，則預設大小10。隨著Vector中元素的增加，Vector的容量也會動態增長。

elementCount是動態陣列的實際大小。

capacityIncrement是動態陣列的增長係數。如果在建立Vector時指定了capacityIncrement的大小，則每次當Vector中動態陣列容量增加的大小都是capacityIncrement。

Vector的執行緒安全，是通過基本在所有方法上都加了synchronized關鍵字實現的。

HashMap

HashMap是一個散列表，儲存的內容是key-value鍵值對對映。繼承於AbstractMap，實現了Map、Cloneable和java.io.Serializable介面。HashMap不是執行緒安全的。HashMap的key、value都可以為null，對映不是有序的。

HashMap包括幾個重要的成員變數：table、size、threshold、loadFactor和modCount。

table是一個Entry[]陣列型別，而Entry實際上就是一個單向連結串列。雜湊表的key-value鍵值對都是儲存在Entry陣列中的。

size是HashMap的大小，是HashMap儲存的鍵值對的數量。

threshold是HashMap的閾值，用於判斷是否需要調整HashMap的容量。threshold=容量 * 負載因子，當HashMap中儲存資料的數量達到threshold時，就需要將HashMap的容量加倍。

loadFactor即負載因子，雜湊表在其容量自動增加之前可以達到多滿的一種尺度。預設為0.75。

modCount是用來實現fail-fast機制的。

HashMap是先呼叫Object的hashCode方法(native實現)，然後indexFor(與table陣列長度-1取模)得到對應陣列下標。

Hash衝突：當put()操作的key與entry陣列有衝突時，新的entry仍然會被安放在對應的索引下標內，替換原有的值。同時，為了保證舊值不丟失，會將新的entry的next指向舊值。這就實現了在一個數組索引空間記憶體放多個值。為了避免衝突，需要將hashCode()和hash()方法實現的足夠好，儘可能減少衝突的產生。

HashMap將key為null的元素都放在table的位置0處。

HashTable

HashTable也是一個散列表，儲存的內容是鍵值對(key-value)對映。繼承於Dictionary，實現了Map、Cloneable、java.io.Serializable介面。Hashtable是執行緒安全的。Hashtable的key、value都不可以為null，對映不是有序的。

HashMap包括幾個重要的成員變數：table、size、threshold、loadFactor和modCount。基本同HashMap一致，不再贅述。

HashTable的執行緒安全，是通過基本在所有方法上都加了synchronized關鍵字實現的。

LinkedHashMap

LinkedHashMap是一個有序的key-value集合，繼承於HashMap，實現了Map介面。按插入的順序排序，不是執行緒安全的，不允許使用 null 值和 null 鍵。

LinkedHashMap底層使用雜湊表與雙向連結串列來儲存所有元素。重新定義了陣列中儲存的元素 Entry，該 Entry 除了儲存當前物件的引用外，還儲存了其上一個元素 before 和下一個元素 after 的引用，從而在雜湊表的基礎上又構成了雙向連結列表。

初始化時增加 accessOrder 引數，預設為 false，代表按照插入順序進行迭代；設定為 true時代表以訪問順序進行迭代。

在進行put等元素操作的時候，LinkedHashMap會對自己維護的雙向連結串列執行相同的操作。

TreeMap

TreeMap是一個有序的key-value集合，通過紅黑樹實現。繼承於AbstractMap，實現了NavigableMap(支援一系列的導航方法)、Cloneable和java.io.Serializable介面。排列順序根據其鍵的自然順序進行排序，或者根據建立對映時提供的 Comparator 進行排序，具體取決於使用的構造方法。TreeMap不是執行緒安全的。

TreeMap包含幾個重要的成員變數： root、size和comparator。

root是紅黑數的根節點。它是Entry型別，Entry是紅黑數的節點，它包含了紅黑數的6個基本組成成分：key(鍵)、value(值)、left(左孩子)、right(右孩子)、parent(父節點)、color(顏色)。Entry節點根據key進行排序，Entry節點包含的內容為value。紅黑數排序時，根據Entry中的key進行排序；Entry中的key比較大小是根據比較器comparator來進行判斷的。

size是紅黑數中節點的個數。

comparator是鍵值排序的比較實現。

HashSet

HashSet是一個沒有重複元素的集合，由HashMap實現的，不保證元素的順序，而且HashSet允許使用 null 元素。HashSet不是執行緒安全的。

TreeSet

TreeSet是一個有序的集合，作用是提供有序的Set集合。繼承於AbstractSet抽象類，實現了NavigableSet<E>(支援一系列的導航方法)、Cloneable和java.io.Serializable介面。TreeSet是基於TreeMap實現的。TreeSet中的元素支援2種排序方式：自然排序 或者 根據建立TreeSet 時提供的 Comparator 進行排序。這取決於使用的構造方法。TreeSet不是執行緒安全的。