JAVA學習記錄（一）————JAVA中的集合類
阿新 • • 發佈：2019-04-08
數組 節點 唯一性 list 接口規範 hashcode 工具類 collect 上進
ArrayList繼承了抽象類AbstractList，實現了接口list、cloneable(通過源碼發現，使用的應該是淺克隆，如果數據元素是對象，則並沒有進行clone)等。
ArrayList底層實現是一個object數組，當創建一個對象時，如果沒有指定大小，那麽默認數組大小為0(指向空數組)，當添加一個元素後，使用默認值10來作為初始大小。
容量增長最終是通過grow()方法來增長，在1.7中是newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);（8+4；9+4 ）即小於等於1.5倍.
通過兩個內部類Itr、ListItr來實現叠代。
》繼承了抽象類AbstractSequenceList，實現了接口List、Deque、Cloneable（淺克隆）等。允許添加元素為NULL
》雙向鏈表操作，插入特定下標位置元素，需要從頭或者尾部開始遍歷。
》非同步的，如果是多個線程訪問和至少一個線程進行結構上修改，則需要同步。同步最好在創建的時候就進行同步，比如Collections.synchronizedList(new LinkedList())包裝成同步對象。
》同樣在使用iterator和listinterator方法的時候，如果已創建了叠代對象，指向原來的對象且值expectedModCount值被賦予LinkedList域modCount，那麽在叠代結束期間如果有線程對LinkedList對象結構上進行了修改，那麽也會拋出ConcurrentModificationException異常，即即時失敗。
下面進入源碼：
繼承了抽象類AbstractSequenceList，實現了接口List、Deque、Cloneable（淺克隆）等。
底層實現是通過內部Node類來實現雙向鏈表結構，first指向鏈表頭節點，last指向鏈表尾節點。
同樣是通過內部類ListItr繼承接口Iterator來實現叠代功能。
可以被用作棧或者隊列
ArrayList與LinkedList的相同與區別：
相同點：
都是線程不安全的、繼承了接口list、serializable、cloneable接口，可以進行叠代訪問，同時支持快速失敗。
區別：
它們之間的區別主要是它們的底層實現原理不同造成的：
AllayList因為底層是數組來實現的，因此在查找元素的時候，是十分快速的，當然這個優點也變成了其缺點，當要插入（刪除）元素的時候，就需要移動後面的元素，同時當插入數量查過現有的容量時會以接近1.5倍的因子擴容，同時要復制數組，因此開銷比較大。如果沒有指定大小，默認數組大小為10。
LinkedList因為底層實現是利用雙向鏈表來實現，所以對於查找某個元素，是從就近的頭或者尾節點開始遍歷，相對來說，查找速率比較慢，但是對於插入和刪除元素的時候，由於不需要移動元素，只需要修改指針，因此速度比較快。由於使用鏈表，默認為空，只有添加元素才會出現元素節點。
2、學習下HashSet和TreeSet：
從HashSet源碼的註釋看起，講述HashSet的特性：
》實現了Set接口，底層是實現是HashMap，不保證有序，且添加元素可以為NULL
》基礎操作add、remove、size、contains常量時間，叠代時間是HashSet的size+HashMap的capacity（因此初始化時capacity不能太大或太小）。
》非同步的，如果多個線程並發訪問，至少一個線程進行修改，則必須進行同步：Collections.synchronizedSet(new HashSet());
》同樣支持快速失敗，性質與上面集合一樣。
下面進入源碼
HashSet繼承了AbstractSet，實現了接口Set、Cloneable（淺克隆）等，內部是以HashMap作為底層存儲結構，因此很多方法都是調用map的方法。
HashSet默認無參構造方法調用HashMap的構造方法（初始大小16，參數因子是0.75）,HashSet的值是作為底層HashMap的Key，因此這也是不允許重復的，同時value是一個空的Object對象。如果使用add添加重復數據是會返回false（失敗）。而它也是無序（準確說不保證順序），位置可能會變或者根據不能預測位置。
從TreeSet的源碼的註釋看起，講述TreeSet的特性：
》實現了基於TreeMap的NavigableSet接口，元素的排序是根據他們的自然排序或者實現的比較器接口進行排序。
》add、remove、contains方法操作時間是logn
》由於Set接口規範是按照equals方法來比較的，如果按照Set接口規範，就要與equals方法一致。但TreeSet實例使用它的compareTo方法執行所有元素比較，所以如果比較的方法實現中出現了相等就認為相等（比如兩個不同對象只有屬性年齡一樣，如果比較方法是按照年齡來比較，那麽相等就會返回0）。按照Set的方法相等就不能插入，所以要修改，比如相等就返回1，而不是0。
》非同步，並發訪問修改可以使用包裝：Collections.synchronizedSortedSet(new TreeSet())
》快速失敗，一其他集合一樣特性。
下面進入源碼
TreeSet繼承了AbstractSet，實現了接口NavigableSet（並沒有直接實現Set），Cloneable（淺克隆）
TreeSet的底層實現是treeMap，方法跟多也是直接調用原本方法，同樣是使用Map所以也是值作為map的key來使用，而value是一個占位的object對象。TreeSet是SortedSet接口的唯一實現類，TreeSet可以確保集合元素處於排序狀態。
TreeSet判斷兩個對象不相等的方式是兩個對象通過equals方法返回false，或者通過CompareTo方法比較沒有返回0。
如果我們將兩個對象的equals方法總是返回true，則這兩個對象的compareTo方法返回應該返回0。插入的元素不能是NULL，否則無法比較，拋出空指針異常。
相同點：
元素不可重復，非同步，但都可以使用類庫包裝成線程安全類。都支持快速失敗。
不同點：
底層數據結構不一樣：HashSet底層結構是HashMap，TreeSet底層實現是treeMap
add、remove、contains操作中HashSet時間復雜度為常量，而TreeSet需要logn
HashSet的數據是無序的，TreeSet中的數據是排好序的
保證唯一性不同：HashSet的唯一性是通過HashCode和equals方法來保證；Treeset則是通過實現comparable或者利用comparator來比較，返回0則表示相等（則屬於向重復元素，適當的修改可以實現插入重復元素）
HashSet可以插入一個NULL，但TreeSet不允許
根據特性可以看出如果需要排好序的結構，且不是很頻繁變化的可以使用TreeSet。但最常用的就是hashSet，通常性能優於TreeSet。
3、學習下HashMap與TreeMap
HashMap從源碼註釋看起，講述HashMap的特性
》基於Hash Table實現,允許key和value值為NULL。與Hashtable大致上相等，除了在非同步和允許為null。不保證有序，隨著時間變化，不保證順序不會變
》基本操作get和put時間為常量時間，叠代遍歷集合需要花費代價：Map的capacity加上map的size
》HashMap主要有兩個重要參數：capacity和load factor。capacity是HashMap的創建時桶的數量，load factor是權重因子，當前容量乘以權重因子值小於需要擴充的數量時，進行擴容，並且是原來的容量的兩倍。
》load factor默認值是0.75，這是一個在時間和空間的平衡，如果值過高，則會造成時間上浪費，如果值過低，則會造成重新進行hash計算分配造成時間上的開銷。
》如果有很多元素需要放進去，如果是按照系統自動增長的來擴容，則不如一開始創建一個滿足的容量來進行放入原來效率好
》非同步，如果有多個線程進行訪問和至少一個線程進行修改，則需要進行同步，可以使用類庫工具類來進行包裝：Collections.synchronizedMap(new HashMap())
》使用Iterator進行叠代時，支持快速失敗，當遍歷對象一旦被創建，如果期間有結構上的修改則會拋出異常:ConcurrentModificationException,但如果使用Iterator自帶的方法remove的方法除外
》快速失敗只能被用於來發現bug，不能被用於正確的程序
下面進入源碼
HashMap繼承了抽象類AbstractMap，實現了Map接口和cloneable（淺克隆）接口等。
默認初始容量是16，權重因子是0.75,內部元素是內部類Entry數組，Entry包含K、V、hash值和Next對象指針。
當key值為字符串，並且hashSeed不為0時（默認為0），會調用sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k)來計算hash值，否則則會調用對象自己的hashcode方法基礎上進行hash計算，key如果為NULL，則hash值永遠為0。
容量必須是2的n次方，
get方法如果參數key為NULL，則會進行專門查找（hash值為0；table[0]）,返回NULL有兩種情況，要麽值為NULL，要麽HashMap的size為0；
put方法如果傳入的參數key已經存在，那麽再次放入將會把原來的值給替換，同時返回原來的value。如果不存在則會返回NULL（或者key不存在或者key對應的原來的值為NULL）
如果如果擴容，則最終通過transfer來進行擴容，重新計算hash值，並進行分配位置。
TreeMap從源碼註釋看起，講述TreeMap的特性：
》TreeMap是基於紅黑樹的算法實現，並且排序標準是根據comparable（實現改接口的方法compareTo（參數為1個））或comparator（實現方法compare（兩個比較的參數））的接口實現來進行排序具體使用詳情參考。
》該集合可以實現在logn的時間裏完成containsKey、put、remove、get操作
》集合的順序是依靠tree map來進行維護的，不論是否顯示實現比較接口，如果要正確實現Map接口，那麽就需要保持比較器實現與equlas方法一致，這是因為Map是依靠equals方法來實現比較相等，而sorted map判斷比較則是根據compareTo或者compare方法來實現的，sorted map這種實現對於排序Map來說是很符合的規範，只不過是違背了Map的規範
》非同步的，如果多個線程都並發訪問和至少一個線程進行結構上的修改，則都需要進行額外的同步，同步可以通過類庫進行包裝：Collections.synchronizedSortedMap(new TreeMap())
》快速失敗 當進行叠代的時候，一旦叠代對象（復制一份）被創建，在叠代結束期間，如果集合有任何結構上的修改，都會對拋出異常ConcurrentModificationException，除了使用iterator自帶的remove方法。
》同樣快速失敗只能用於去尋找bug，並不能用於真正的正確代碼。
》Map.Entry返回的都是當前時間的快照，不能使用Map.setValue來進行改變映射，但可以使用put進行改變映射。
下面進入源碼
TreeMap繼承了抽象類AbstractMap，實現了接口NavigableMap、cloneable（淺克隆）等。
內部有一個比較器comparator，如果參數有則可以直接用，沒有則用戶實現comparable接口也可以。
內部通過實現類Entry（實現接口Map.Entry）來來作為樹的節點包含K key; V value;Entry
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作者：深山裏的天空
來源：CSDN
原文：https://blog.csdn.net/qq_26564827/article/details/80853769
這個圖是總體的框架圖，主要是兩個接口Collection和Map都繼承接口Iterator(Iterable),為了實現可以使用叠代器。Collection和Map類似平級關系。
1、這裏我先學習下ArrayList和LinkedList：
ArrayList先從源碼的註釋看起，講述ArrayList的特性；
》允許添加的元素為NULL
》size、get、set、isEmpty、iterator、listIterator操作都是常量時間，add是均攤時間，其他的操作都是線性時間，但是常數因子是小LlinkedList
》非同步，如果多個線程讀取，至少一個線程進行結構上的修改（add、remove、顯式修改數組大小），需要同步，可以使用Collections.synchronizedList(list)把其包裝為同步對象。
ArrayList繼承了抽象類AbstractList，實現了接口list、cloneable(通過源碼發現，使用的應該是淺克隆，如果數據元素是對象，則並沒有進行clone)等。
ArrayList底層實現是一個object數組，當創建一個對象時，如果沒有指定大小，那麽默認數組大小為0(指向空數組)，當添加一個元素後，使用默認值10來作為初始大小。
容量增長最終是通過grow()方法來增長，在1.7中是newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);（8+4；9+4 ）即小於等於1.5倍.
通過兩個內部類Itr、ListItr來實現叠代。
》繼承了抽象類AbstractSequenceList，實現了接口List、Deque、Cloneable（淺克隆）等。允許添加元素為NULL
》雙向鏈表操作，插入特定下標位置元素，需要從頭或者尾部開始遍歷。
》非同步的，如果是多個線程訪問和至少一個線程進行結構上修改，則需要同步。同步最好在創建的時候就進行同步，比如Collections.synchronizedList(new LinkedList())包裝成同步對象。
》同樣在使用iterator和listinterator方法的時候，如果已創建了叠代對象，指向原來的對象且值expectedModCount值被賦予LinkedList域modCount，那麽在叠代結束期間如果有線程對LinkedList對象結構上進行了修改，那麽也會拋出ConcurrentModificationException異常，即即時失敗。
下面進入源碼：
繼承了抽象類AbstractSequenceList，實現了接口List、Deque、Cloneable（淺克隆）等。
底層實現是通過內部Node類來實現雙向鏈表結構，first指向鏈表頭節點，last指向鏈表尾節點。
同樣是通過內部類ListItr繼承接口Iterator來實現叠代功能。
可以被用作棧或者隊列
ArrayList與LinkedList的相同與區別：
相同點：
都是線程不安全的、繼承了接口list、serializable、cloneable接口，可以進行叠代訪問，同時支持快速失敗。
區別：
它們之間的區別主要是它們的底層實現原理不同造成的：
AllayList因為底層是數組來實現的，因此在查找元素的時候，是十分快速的，當然這個優點也變成了其缺點，當要插入（刪除）元素的時候，就需要移動後面的元素，同時當插入數量查過現有的容量時會以接近1.5倍的因子擴容，同時要復制數組，因此開銷比較大。如果沒有指定大小，默認數組大小為10。
LinkedList因為底層實現是利用雙向鏈表來實現，所以對於查找某個元素，是從就近的頭或者尾節點開始遍歷，相對來說，查找速率比較慢，但是對於插入和刪除元素的時候，由於不需要移動元素，只需要修改指針，因此速度比較快。由於使用鏈表，默認為空，只有添加元素才會出現元素節點。
2、學習下HashSet和TreeSet：
從HashSet源碼的註釋看起，講述HashSet的特性：
》實現了Set接口，底層是實現是HashMap，不保證有序，且添加元素可以為NULL
》基礎操作add、remove、size、contains常量時間，叠代時間是HashSet的size+HashMap的capacity（因此初始化時capacity不能太大或太小）。
》非同步的，如果多個線程並發訪問，至少一個線程進行修改，則必須進行同步：Collections.synchronizedSet(new HashSet());
》同樣支持快速失敗，性質與上面集合一樣。
下面進入源碼
HashSet繼承了AbstractSet，實現了接口Set、Cloneable（淺克隆）等，內部是以HashMap作為底層存儲結構，因此很多方法都是調用map的方法。
HashSet默認無參構造方法調用HashMap的構造方法（初始大小16，參數因子是0.75）,HashSet的值是作為底層HashMap的Key，因此這也是不允許重復的，同時value是一個空的Object對象。如果使用add添加重復數據是會返回false（失敗）。而它也是無序（準確說不保證順序），位置可能會變或者根據不能預測位置。
從TreeSet的源碼的註釋看起，講述TreeSet的特性：
》實現了基於TreeMap的NavigableSet接口，元素的排序是根據他們的自然排序或者實現的比較器接口進行排序。
》add、remove、contains方法操作時間是logn
》由於Set接口規範是按照equals方法來比較的，如果按照Set接口規範，就要與equals方法一致。但TreeSet實例使用它的compareTo方法執行所有元素比較，所以如果比較的方法實現中出現了相等就認為相等（比如兩個不同對象只有屬性年齡一樣，如果比較方法是按照年齡來比較，那麽相等就會返回0）。按照Set的方法相等就不能插入，所以要修改，比如相等就返回1，而不是0。
》非同步，並發訪問修改可以使用包裝：Collections.synchronizedSortedSet(new TreeSet())
》快速失敗，一其他集合一樣特性。
下面進入源碼
TreeSet繼承了AbstractSet，實現了接口NavigableSet（並沒有直接實現Set），Cloneable（淺克隆）
TreeSet的底層實現是treeMap，方法跟多也是直接調用原本方法，同樣是使用Map所以也是值作為map的key來使用，而value是一個占位的object對象。TreeSet是SortedSet接口的唯一實現類，TreeSet可以確保集合元素處於排序狀態。
TreeSet判斷兩個對象不相等的方式是兩個對象通過equals方法返回false，或者通過CompareTo方法比較沒有返回0。
如果我們將兩個對象的equals方法總是返回true，則這兩個對象的compareTo方法返回應該返回0。插入的元素不能是NULL，否則無法比較，拋出空指針異常。
相同點：
元素不可重復，非同步，但都可以使用類庫包裝成線程安全類。都支持快速失敗。
不同點：
底層數據結構不一樣：HashSet底層結構是HashMap，TreeSet底層實現是treeMap
add、remove、contains操作中HashSet時間復雜度為常量，而TreeSet需要logn
HashSet的數據是無序的，TreeSet中的數據是排好序的
保證唯一性不同：HashSet的唯一性是通過HashCode和equals方法來保證；Treeset則是通過實現comparable或者利用comparator來比較，返回0則表示相等（則屬於向重復元素，適當的修改可以實現插入重復元素）
HashSet可以插入一個NULL，但TreeSet不允許
根據特性可以看出如果需要排好序的結構，且不是很頻繁變化的可以使用TreeSet。但最常用的就是hashSet，通常性能優於TreeSet。
3、學習下HashMap與TreeMap
HashMap從源碼註釋看起，講述HashMap的特性
》基於Hash Table實現,允許key和value值為NULL。與Hashtable大致上相等，除了在非同步和允許為null。不保證有序，隨著時間變化，不保證順序不會變
》基本操作get和put時間為常量時間，叠代遍歷集合需要花費代價：Map的capacity加上map的size
》HashMap主要有兩個重要參數：capacity和load factor。capacity是HashMap的創建時桶的數量，load factor是權重因子，當前容量乘以權重因子值小於需要擴充的數量時，進行擴容，並且是原來的容量的兩倍。
》load factor默認值是0.75，這是一個在時間和空間的平衡，如果值過高，則會造成時間上浪費，如果值過低，則會造成重新進行hash計算分配造成時間上的開銷。
》如果有很多元素需要放進去，如果是按照系統自動增長的來擴容，則不如一開始創建一個滿足的容量來進行放入原來效率好
》非同步，如果有多個線程進行訪問和至少一個線程進行修改，則需要進行同步，可以使用類庫工具類來進行包裝：Collections.synchronizedMap(new HashMap())
》使用Iterator進行叠代時，支持快速失敗，當遍歷對象一旦被創建，如果期間有結構上的修改則會拋出異常:ConcurrentModificationException,但如果使用Iterator自帶的方法remove的方法除外
》快速失敗只能被用於來發現bug，不能被用於正確的程序
下面進入源碼
HashMap繼承了抽象類AbstractMap，實現了Map接口和cloneable（淺克隆）接口等。
默認初始容量是16，權重因子是0.75,內部元素是內部類Entry數組，Entry包含K、V、hash值和Next對象指針。
當key值為字符串，並且hashSeed不為0時（默認為0），會調用sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k)來計算hash值，否則則會調用對象自己的hashcode方法基礎上進行hash計算，key如果為NULL，則hash值永遠為0。
容量必須是2的n次方，
get方法如果參數key為NULL，則會進行專門查找（hash值為0；table[0]）,返回NULL有兩種情況，要麽值為NULL，要麽HashMap的size為0；
put方法如果傳入的參數key已經存在，那麽再次放入將會把原來的值給替換，同時返回原來的value。如果不存在則會返回NULL（或者key不存在或者key對應的原來的值為NULL）
如果如果擴容，則最終通過transfer來進行擴容，重新計算hash值，並進行分配位置。
TreeMap從源碼註釋看起，講述TreeMap的特性：
》TreeMap是基於紅黑樹的算法實現，並且排序標準是根據comparable（實現改接口的方法compareTo（參數為1個））或comparator（實現方法compare（兩個比較的參數））的接口實現來進行排序具體使用詳情參考。
》該集合可以實現在logn的時間裏完成containsKey、put、remove、get操作
》集合的順序是依靠tree map來進行維護的，不論是否顯示實現比較接口，如果要正確實現Map接口，那麽就需要保持比較器實現與equlas方法一致，這是因為Map是依靠equals方法來實現比較相等，而sorted map判斷比較則是根據compareTo或者compare方法來實現的，sorted map這種實現對於排序Map來說是很符合的規範，只不過是違背了Map的規範
》非同步的，如果多個線程都並發訪問和至少一個線程進行結構上的修改，則都需要進行額外的同步，同步可以通過類庫進行包裝：Collections.synchronizedSortedMap(new TreeMap())
》快速失敗 當進行叠代的時候，一旦叠代對象（復制一份）被創建，在叠代結束期間，如果集合有任何結構上的修改，都會對拋出異常ConcurrentModificationException，除了使用iterator自帶的remove方法。
》同樣快速失敗只能用於去尋找bug，並不能用於真正的正確代碼。
》Map.Entry返回的都是當前時間的快照，不能使用Map.setValue來進行改變映射，但可以使用put進行改變映射。
下面進入源碼
TreeMap繼承了抽象類AbstractMap，實現了接口NavigableMap、cloneable（淺克隆）等。
內部有一個比較器comparator，如果參數有則可以直接用，沒有則用戶實現comparable接口也可以。
內部通過實現類Entry（實現接口Map.Entry）來來作為樹的節點包含K key; V value;Entry
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作者：深山裏的天空
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JAVA學習記錄（一）————JAVA中的集合類