java集合详解完整版（超详细）「建议收藏」

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

联合整理
https://blog.csdn.net/feiyanaffection/article/details/81394745
https://www.cnblogs.com/linliquan/p/11323172.html

一、集合大纲

1、集合与数组的区别

2、集合常用方法

3、常用集合分类

Collection 接口的接口 对象的集合（单列集合）
├——-List 接口：元素按进入先后有序保存，可重复
│—————-├ LinkedList 接口实现类， 链表， 插入删除， 没有同步， 线程不安全
│—————-├ ArrayList 接口实现类， 数组， 随机访问， 没有同步， 线程不安全
│—————-└ Vector 接口实现类 数组， 同步， 线程安全
│ ———————-└ Stack 是Vector类的实现类
└——-Set 接口： 仅接收一次，无序不可重复，并做内部排序
├—————-└HashSet 使用hash表（数组）存储元素
│————————└ LinkedHashSet 链表维护元素的插入次序
└ —————-TreeSet 底层实现为二叉树，元素排好序

Map 接口 键值对的集合 （双列集合）
├———Hashtable 接口实现类， 同步， 线程安全
├———HashMap 接口实现类 ，没有同步， 线程不安全-
│—————–├ LinkedHashMap 双向链表和哈希表实现
│—————–└ WeakHashMap
├ ——–TreeMap 红黑树对所有的key进行排序
└———IdentifyHashMap

二、List和Set集合详解

1、List和Set的区别

2、List实现类

• ArrayList：底层数据结构是数组，查询快，增删慢，线程不安全，效率高，可以存储重复元素
• LinkedList： 底层数据结构是链表，查询慢，增删快，线程不安全，效率高，可以存储重复元素
• Vector:底层数据结构是数组，查询快，增删慢，线程安全，效率低，可以存储重复元素
  

3、Set实现类

• HashSet：底层数据结构采用哈希表实现，元素无序且唯一，线程不安全，效率高，可以存储null元素，元素的唯一性是靠所存储元素类型是否重写hashCode()和equals()方法来保证的，如果没有重写这两个方法，则无法保证元素的唯一性。

1. 实现唯一性的比较过程：存储元素首先会使用hash()算法函数生成一个int类型hashCode散列值，然后和所存储的元素的hashCode值比较，如果hashCode不相等，则所存储的两个对象一定不相等，此时存储当前的新的hashCode值处的元素对象；如果hashCode相等，存储元素的对象还是不一定相等，此时会调用equals()方法判断两个对象的内容是否相等，如果内容相等，那么就是同一个对象，无需存储；如果比较的内容不相等，那么就是不同的对象，就该存储了，此时就要采用哈希的解决地址冲突算法，在当前hashCode值处类似一个新的链表， 在同一个hashCode值的后面存储存储不同的对象，这样就保证了元素的唯一性。

2. Set的实现类的集合对象中不能够有重复元素，HashSet也一样他是使用了一种标识来确定元素的不重复，HashSet用一种算法来保证HashSet中的元素是不重复的， HashSet采用哈希算法，底层用数组存储数据。默认初始化容量16，加载因子0.75。

3. Object类中的hashCode()的方法是所有子类都会继承这个方法，这个方法会用Hash算法算出一个Hash（哈希）码值返回，HashSet会用Hash码值去和数组长度取模， 模（这个模就是对象要存放在数组中的位置）相同时才会判断数组中的元素和要加入的对象的内容是否相同，如果不同才会添加进去。
   Hash算法是一种散列算法。
   Set hs=new HashSet();

hs.add(o);
|
o.hashCode();
|
o%当前总容量 (0–15)
|
| 不发生冲突
是否发生冲突—————–直接存放
|
| 发生冲突
| 假（不相等）
o1.equals(o2)——————-找一个空位添加
|
| 是（相等）
不添加

• LinkedHashSet：底层数据结构采用链表和哈希表共同实现，链表保证了元素的顺序与存储顺序一致，哈希表保证了元素的唯一性。线程不安全，效率高。
• TreeSet：底层数据结构采用红黑树来实现，元素唯一且已经排好序；唯一性同样需要重写hashCode和equals()方法，二叉树结构保证了元素的有序性。根据构造方法不同，分为自然排序（无参构造）和比较器排序（有参构造），自然排序要求元素必须实现Compareable接口，并重写里面的compareTo()方法，元素通过比较返回的int值来判断排序序列，返回0说明两个对象相同，不需要存储；比较器排序需要在TreeSet初始化是时候传入一个实现Comparator接口的比较器对象，或者采用匿名内部类的方式new一个Comparator对象，重写里面的compare()方法；

4、TreeSet的两种排序方式

1. 基本数据类型默认按升序排序

2. 自定义排序

   （1）自然排序：实现Comparable接口，并重写Compareto方法

   对引用对象进行自然排序

   public class Student implements Comparable<Student>{ 
        
       private String name;
       private int age;
   
       public Student() { 
        
           super();
           // TODO Auto-generated constructor stub
       }
   
       public Student(String name, int age) { 
        
           super();
           this.name = name;
           this.age = age;
       }
   
       public String getName() { 
        
           return name;
       }
   
       public void setName(String name) { 
        
           this.name = name;
       }
   
       public int getAge() { 
        
           return age;
       }
   
       public void setAge(int age) { 
        
           this.age = age;
       }
   
       @Override
       public int compareTo(Student s) { 
        
           //return -1; //-1表示放在红黑树的左边,即逆序输出
           //return 1; //1表示放在红黑树的右边，即顺序输出
           //return o; //表示元素相同，仅存放第一个元素
           //主要条件 姓名的长度,如果姓名长度小的就放在左子树，否则放在右子树
           int num=this.name.length()-s.name.length();
           //姓名的长度相同，不代表内容相同,如果按字典顺序此 String 对象位于参数字符串之前，则比较结果为一个负整数。
           //如果按字典顺序此 String 对象位于参数字符串之后，则比较结果为一个正整数。
           //如果这两个字符串相等，则结果为 0
           int num1=num==0?this.name.compareTo(s.name):num;
           //姓名的长度和内容相同，不代表年龄相同，所以还要判断年龄
           int num2=num1==0?this.age-s.age:num1;
           return num2;
       }
   }
   
   

   （2）比较器排序：重写Comparator接口中的Compare方法

   对基本数据类型进行比较器排序

   o1：代表当前添加的数据
   o2：代表集合中已经存在的数据
   0： 表示 o1 == o2
   -1(逆序输出)： o1 < o2 
   1(正序输出): o1 > o2 
   1：o1 - o2（升序排列）
   -1：o2 - o1 (降序排列)
       
   当compare()方法返回值大于0（为true）时，交换o1和o2
   
   假设Comparator接收的两个元素原始顺序为：o1→o2
   默认情况下升序：return o1>o2（假设为true）时，交换为：o2→o1（o1大，在后，即升序）
   改写为降序时：return o2>o1（假设为true）时，交换为：o2→o1（o1小，在后，即降序）     
       
       Comparator<Integer> comp = new Comparator<Integer>() { 
        
                @Override
                public int compare(Integer o1, Integer o2) { 
        
                    System.out.println(o1+"--"+o2);
                    return o2 -o1; //输出53 33 10，降序排序
                  // return 0; //只输出一个元素：33
                  // return -1; //输出53 10 33，倒序输出
                 // return 1; //输出33 10 55
                }
            };
   

   对引用数据类型进行比较器排序

       #1.单独创建一个比较类，这里以MyComparator为例，并且要让其继承Comparator接口
       public class MyComparator implements Comparator<Student> { 
        
   
       @Override
       #2.重写Comparator接口中的Compare方法
       public int compare(Student s1,Student s2) { 
        
           // 姓名长度
           int num = s1.getName().length() - s2.getName().length();
           // 姓名内容
           int num2 = num == 0 ? s1.getName().compareTo(s2.getName()) : num;
           // 年龄
           int num3 = num2 == 0 ? s1.getAge() - s2.getAge() : num2;
           return num3;
       }
   }
   #3、指定自己写的比较类
   TreeSet<Student> ts=new TreeSet<Student>(new MyComparator());
   

5、List和Set总结

1. List,Set都是继承自Collection接口，Map则不是

2. List特点：元素有放入顺序，元素可重复

**Set特点：**元素无放入顺序，元素不可重复，重复元素会覆盖掉，（注意：元素虽然无放入顺序，但是元素在set中的位置是有该元素的HashCode决定的，其位置其实是固定的，加入Set 的Object必须定义equals()方法 ，另外list支持for循环，也就是通过下标来遍历，也可以用迭代器，但是set只能用迭代，因为他无序，无法用下标来取得想要的值。）

3. Set：检索元素效率低下，删除和插入效率高，插入和删除不会引起元素位置改变。
   List：和数组类似，List可以动态增长，查找元素效率高，插入删除元素效率低，因为会引起其他元素位置改变。

4. ArrayList与LinkedList的区别和适用场景

Arraylist：
优点：ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构,因为地址连续，一旦数据存储好了，查询操作效率会比较高（在内存里是连着放的）。
缺点：因为地址连续， ArrayList要移动数据,所以插入和删除操作效率比较低。

LinkedList：
优点：LinkedList基于链表的数据结构,地址是任意的，所以在开辟内存空间的时候不需要等一个连续的地址，对于新增和删除操作add和remove，LinedList比较占优势。LinkedList 适用于要头尾操作或插入指定位置的场景
缺点：因为LinkedList要移动指针,所以查询操作性能比较低。
适用场景分析：
当需要对数据进行经常访问的情况下选用ArrayList，当需要对数据进行多次增加删除修改时采用LinkedList。

5. ArrayList与Vector的区别和适用场景

ArrayList有三个构造方法：

public ArrayList(int initialCapacity)//构造一个具有指定初始容量的空列表。 
public ArrayList()      //默认构造一个初始容量为10的空列表。 
public ArrayList(Collection<? extends E> c)//构造一个包含指定 collection 的元素的列表

Vector有四个构造方法：

public Vector()//使用指定的初始容量和等于0的容量增量构造一个空向量。 
public Vector(int initialCapacity)//构造一个空向量，使其内部数据数组的大小，其标准容量增量为零。 
public Vector(Collection<? extends E> c)//构造一个包含指定 collection 中的元素的向量 
public Vector(int initialCapacity,int capacityIncrement)//使用指定的初始容量和容量增量构造一个空的向量 

区别：

ArrayList和Vector都是用数组实现的，主要有这么三个区别：
（1）Vector是多线程安全的，线程安全就是说多线程访问同一代码，不会产生不确定的结果。而ArrayList不是，这个可以从源码中看出，Vector类中的方法很多有synchronized进行修饰，这样就导致了Vector在效率上无法与ArrayList相比；
（2）两个都是采用的线性连续空间存储元素，但是当空间不足的时候，两个类的增加方式是不同。
（3）Vector可以设置增长因子，而ArrayList不可以。
（4）Vector是一种老的动态数组，是线程同步的，效率很低，一般不赞成使用。

适用场景分析：
（1）Vector是线程同步的，所以它也是线程安全的，而ArrayList是线程异步的，是不安全的。如果不考虑到线程的安全因素，一般用ArrayList效率比较高。
（2）如果集合中的元素的数目大于目前集合数组的长度时，在集合中使用数据量比较大的数据，用Vector有一定的优势。

6. HashSet和TreeSet的区别和适用场景

（1）TreeSet 是二叉树（红黑树的树据结构）实现的,Treeset中的数据是自动排好序的，不允许放入null值
（2）HashSet 是哈希表实现的,HashSet中的数据是无序的，可以放入null，但只能放入一个null，两者中的值都不能重复，就如数据库中唯一约束
（3）HashSet要求放入的对象必须实现HashCode()方法，放入的对象，是以hashcode码作为标识的，而具有相同内容的String对象，hashcode是一样，所以放入的内容不能重复。但是同一个类的对象可以放入不同的实例

（4）适用场景分析:HashSet是基于Hash算法实现的，其性能通常都优于TreeSet。为快速查找而设计的Set，我们通常都应该使用HashSet，在我们需要排序的功能时，我们才使用TreeSet。

7. List和Set应该怎么选？
   

三、Map详解

1、Map概念

Map用于保存具有映射关系的数据，Map里保存着两组数据：key和value，它们都可以使任何引用类型的数据，但key不能重复。所以通过指定的key就可以取出对应的value。

Map接口有四个比较重要的实现类，分别是HashMap、LinkedHashMap、TreeMap和HashTable。

TreeMap是有序的，HashMap和HashTable是无序的。

Hashtable的方法是同步的，HashMap的方法不是同步的。这是两者最主要的区别。

Map 没有继承 Collection 接口， Map 提供 key 到 value 的映射，你可以通过“键”查找“值”。一个 Map 中不能包含相同的 key ，每个 key 只能映射一个 value 。 Map 接口提供 3 种集合的视图， Map 的内容可以被当作一组 key 集合，一组 value 集合，或者一组 key-value 映射。

2、Map常用方法

3、HashMap和HashTable的比较

HashMap不支持线程的同步，即任一时刻可以有多个线程同时写HashMap;可能会导致数据的不一致。如果需要同步，可以用 Collections的synchronizedMap方法使HashMap具有同步的能力，或者使用ConcurrentHashMap。

4、TreeMap

5、Map其他实现类

IdentityHashMap和HashMap的具体区别，IdentityHashMap使用 == 判断两个key是否相等，而HashMap使用的是equals方法比较key值。有什么区别呢？
对于==，如果作用于基本数据类型的变量，则直接比较其存储的 “值”是否相等； 如果作用于引用类型的变量，则比较的是所指向的对象的地址。
对于equals方法，注意：equals方法不能作用于基本数据类型的变量
如果没有对equals方法进行重写，则比较的是引用类型的变量所指向的对象的地址；
诸如String、Date等类对equals方法进行了重写的话，比较的是所指向的对象的内容。

6、Map遍历

import java.util.HashMap;  
import java.util.Iterator;  
import java.util.Map;  
   
public class Test { 
        
    
    public static void main(String[] args) { 
        
         Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();     
         map.put("first", "linlin");     
         map.put("second", "好好学java");     
         map.put("third", "sihai");    
         map.put("first", "sihai2");   
     
     
         // 第一种：通过Map.keySet遍历key和value 
         System.out.println("===================通过Map.keySet遍历key和value:===================");     
         for (String key : map.keySet()) { 
        
             System.out.println("key= " + key + " and value= " + map.get(key));     
         }     
              
         // 第二种：通过Map.entrySet使用iterator遍历key和value 
         System.out.println("===================通过Map.entrySet使用iterator遍历key和 value:===================");     
         Iterator<Map.Entry<String, String>> it = map.entrySet().iterator();     
         while (it.hasNext()) { 
        
             Map.Entry<String, String> entry = it.next();     
             System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= "    
                     + entry.getValue());     
         }     
     
         // 第三种：通过Map.entrySet遍历key和value 
         System.out.println("===================通过Map.entrySet遍历key和value:===================");     
         for (Map.Entry<String, String> entry : map.entrySet()) { 
        
             System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= "    
                     + entry.getValue());     
         }     
     
         // 第四种：通过Map.values()遍历所有的value，但是不能遍历键key 
         System.out.println("===================通过Map.values()遍历所有的value:===================");     
         for (String v : map.values()) { 
        
             System.out.println("value= " + v);     
         }     
     }          
 }    

7、小结

• HashMap：非线程安全，基于哈希表实现。使用HashMap要求添加的键类明确定义了hashCode()和equals()[可以重写hashCode()和equals()]，为了优化HashMap空间的使用，您可以调优初始容量和负载因子。

• TreeMap：非线程安全基于红黑树实现。TreeMap没有调优选项，因为该树总处于平衡状态。

8、适用场景

HashMap和HashTable:HashMap去掉了HashTable的contains方法，但是加上了containsValue()和containsKey()方法。HashTable同步的，而HashMap是非同步的，效率上比HashTable要高。HashMap允许空键值，而HashTable不允许。

在实际使用中，如果更新图时不需要保持图中元素的顺序，就使用HashMap，如果需要保持图中元素的插入顺序或者访问顺序，就使用LinkedHashMap，如果需要使图按照键值排序，就使用TreeMap。

HashMap：适用于Map中插入、删除和定位元素。
Treemap：适用于按自然顺序或自定义顺序遍历键(key)。

四、重点问题

（一）说说List,Set,Map三者的区别？

• List(对付顺序的好帮手)： List接口存储一组不唯一（可以有多个元素引用相同的对象），有序的对象
• Set(注重独一无二的性质): 不允许重复的集合。不会有多个元素引用相同的对象。
• Map(用Key来搜索的专家): 使用键值对存储。Map会维护与Key有关联的值。两个Key可以引用相同的对象，但Key不能重复，典型的Key是String类型，但也可以是任何对象。

（二）Arraylist 与 LinkedList 区别?

• \1. 是否保证线程安全： ArrayList 和 LinkedList 都是不同步的，也就是不保证线程安全；
• \2. 底层数据结构： Arraylist 底层使用的是 Object 数组；LinkedList 底层使用的是 双向链表 数据结构（JDK1.6之前为循环链表，JDK1.7取消了循环。注意双向链表和双向循环链表的区别，下面有介绍到！）
• \3. 插入和删除是否受元素位置的影响： ① ArrayList 采用数组存储，所以插入和删除元素的时间复杂度受元素位置的影响。 比如：执行add(E e)方法的时候， ArrayList 会默认在将指定的元素追加到此列表的末尾，这种情况时间复杂度就是O(1)。但是如果要在指定位置 i 插入和删除元素的话（add(int index, E element)）时间复杂度就为 O(n-i)。因为在进行上述操作的时候集合中第 i 和第 i 个元素之后的(n-i)个元素都要执行向后位/向前移一位的操作。 ② LinkedList 采用链表存储，所以插入，删除元素时间复杂度不受元素位置的影响，都是近似 O（1）而数组为近似 O（n）。
• \4. 是否支持快速随机访问： LinkedList 不支持高效的随机元素访问，而 ArrayList 支持。快速随机访问就是通过元素的序号快速获取元素对象(对应于get(int index)方法)。
• \5. 内存空间占用： ArrayList的空 间浪费主要体现在在list列表的结尾会预留一定的容量空间，而LinkedList的空间花费则体现在它的每一个元素都需要消耗比ArrayList更多的空间（因为要存放直接后继和直接前驱以及数据）。

1.ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构，LinkedList基于链表的数据结构。
　　2.对于随机访问get和set，ArrayList觉得优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针。
　　3.对于新增和删除操作add和remove，LinedList比较占优势，因为ArrayList要移动数据。
尽量避免同时遍历和删除集合。因为这会改变集合的大小；

（三）ArrayList 与 Vector 区别呢?为什么要用Arraylist取代Vector呢？

Vector类的所有方法都是同步的。可以由两个线程安全地访问一个Vector对象、但是一个线程访问Vector的话代码要在同步操作上耗费大量的时间。

Arraylist不是同步的，所以在不需要保证线程安全时建议使用Arraylist。

（四）说一说 ArrayList 的扩容机制吧

https://github.com/Snailclimb/JavaGuide/blob/master/docs/java/collection/ArrayList-Grow.md

（五）HashSet与TreeSet与LinkedHashSet对比

HashSet不能保证元素的排列顺序，顺序有可能发生变化，不是同步的，集合元素可以是null,但只能放入一个null
TreeSet是SortedSet接口的唯一实现类，TreeSet可以确保集合元素处于排序状态。TreeSet支持两种排序方式，自然排序 和定制排序，其中自然排序为默认的排序方式。向 TreeSet中加入的应该是同一个类的对象。
TreeSet判断两个对象不相等的方式是两个对象通过equals方法返回false，或者通过CompareTo方法比较没有返回0
自然排序
自然排序使用要排序元素的CompareTo（Object obj）方法来比较元素之间大小关系，然后将元素按照升序排列。
定制排序
自然排序是根据集合元素的大小，以升序排列，如果要定制排序，应该使用Comparator接口，实现 int compare(To1,To2)方法
LinkedHashSet集合同样是根据元素的hashCode值来决定元素的存储位置，但是它同时使用链表维护元素的次序。这样使得元素看起 来像是以插入顺 序保存的，也就是说，当遍历该集合时候，LinkedHashSet将会以元素的添加顺序访问集合的元素。
LinkedHashSet在迭代访问Set中的全部元素时，性能比HashSet好，但是插入时性能稍微逊色于HashSet。

（六）LinkedHashMap和HashMap，TreeMap对比

Hashtable与 HashMap类似,它继承自Dictionary类，不同的是:它不允许记录的键或者值为空;它支持线程的同步，即任一时刻只有一个线程能写Hashtable,因此也导致了 Hashtable在写入时会比较慢。
Hashmap 是一个最常用的Map,它根据键的HashCode 值存储数据,根据键可以直接获取它的值，具有很快的访问速度，遍历时，取得数据的顺序是完全随机的。
LinkedHashMap保存了记录的插入顺序，在用Iterator遍历LinkedHashMap时，先得到的记录肯定是先插入的.也可以在构造时用带参数，按照应用次数排序。在遍历的时候会比HashMap慢，不过有种情况例外，当HashMap容量很大，实际数据较少时，遍历起来可能会比LinkedHashMap慢，因为LinkedHashMap的遍历速度只和实际数据有关，和容量无关，而HashMap的遍历速度和他的容量有关。
TreeMap实现SortMap接口，能够把它保存的记录根据键排序,默认是按键值的升序排序，也可以指定排序的比较器，当用Iterator 遍历TreeMap时，得到的记录是排过序的。
我们用的最多的是HashMap,HashMap里面存入的键值对在取出的时候是随机的,在Map 中插入、删除和定位元素，HashMap 是最好的选择。
TreeMap取出来的是排序后的键值对。但如果您要按自然顺序或自定义顺序遍历键，那么TreeMap会更好。
LinkedHashMap 是HashMap的一个子类，如果需要输出的顺序和输入的相同,那么用LinkedHashMap可以实现,它还可以按读取顺序来排列，像连接池中可以应用。

（七）HashMap 和 Hashtable 的区别

1. 线程是否安全： HashMap 是非线程安全的，HashTable 是线程安全的；HashTable 内部的方法基本都经过synchronized 修饰。（如果你要保证线程安全的话就使用 ConcurrentHashMap 吧！）；
2. 效率： 因为线程安全的问题，HashMap 要比 HashTable 效率高一点。另外，HashTable 基本被淘汰，不要在代码中使用它；
3. 对Null key 和Null value的支持： HashMap 中，null 可以作为键，这样的键只有一个，可以有一个或多个键所对应的值为 null。。但是在 HashTable 中 put 进的键值只要有一个 null，直接抛出 NullPointerException。
4. 初始容量大小和每次扩充容量大小的不同 ： ①创建时如果不指定容量初始值，Hashtable 默认的初始大小为11，之后每次扩充，容量变为原来的2n+1。HashMap 默认的初始化大小为16。之后每次扩充，容量变为原来的2倍。②创建时如果给定了容量初始值，那么 Hashtable 会直接使用你给定的大小，而 HashMap 会将其扩充为2的幂次方大小（HashMap 中的tableSizeFor()方法保证，下面给出了源代码）。也就是说 HashMap 总是使用2的幂作为哈希表的大小,后面会介绍到为什么是2的幂次方。
5. 底层数据结构： JDK1.8 以后的 HashMap 在解决哈希冲突时有了较大的变化，当链表长度大于阈值（默认为8）时，将链表转化为红黑树，以减少搜索时间。Hashtable 没有这样的机制。

（八）HashMap 和 HashSet区别

如果你看过 HashSet 源码的话就应该知道：HashSet 底层就是基于 HashMap 实现的。（HashSet 的源码非常非常少，因为除了 clone()、writeObject()、readObject()是 HashSet 自己不得不实现之外，其他方法都是直接调用 HashMap 中的方法。

（九）HashSet如何检查重复

当你把对象加入HashSet时，HashSet会先计算对象的hashcode值来判断对象加入的位置，同时也会与其他加入的对象的hashcode值作比较，如果没有相符的hashcode，HashSet会假设对象没有重复出现。但是如果发现有相同hashcode值的对象，这时会调用equals（）方法来检查hashcode相等的对象是否真的相同。如果两者相同，HashSet就不会让加入操作成功。（摘自我的Java启蒙书《Head fist java》第二版）

hashCode（）与equals（）的相关规定：

1. 如果两个对象相等，则hashcode一定也是相同的
2. 两个对象相等,对两个equals方法返回true
3. 两个对象有相同的hashcode值，它们也不一定是相等的
4. 综上，equals方法被覆盖过，则hashCode方法也必须被覆盖
5. hashCode()的默认行为是对堆上的对象产生独特值。如果没有重写hashCode()，则该class的两个对象无论如何都不会相等（即使这两个对象指向相同的数据）。

（十）HashMap的底层实现

JDK1.8之前

JDK1.8 之前 HashMap 底层是 数组和链表 结合在一起使用也就是 链表散列。HashMap 通过 key 的 hashCode 经过扰动函数处理过后得到 hash 值，然后通过 (n – 1) & hash 判断当前元素存放的位置（这里的 n 指的是数组的长度），如果当前位置存在元素的话，就判断该元素与要存入的元素的 hash 值以及 key 是否相同，如果相同的话，直接覆盖，不相同就通过拉链法解决冲突。

所谓扰动函数指的就是 HashMap 的 hash 方法。使用 hash 方法也就是扰动函数是为了防止一些实现比较差的 hashCode() 方法 换句话说使用扰动函数之后可以减少碰撞。

HashMap实现原理（比较好的描述）：HashMap以键值对（key-value）的形式来储存元素，但调用put方法时，HashMap会通过hash函数来计算key的hash值，然后通过hash值&(HashMap.length-1)判断当前元素的存储位置，如果当前位置存在元素的话，就要判断当前元素与要存入的key是否相同，如果相同则覆盖，如果不同则通过拉链表来解决。JDk1.8时，当链表长度大于8时，将链表转为红黑树。

JDK 1.8 HashMap 的 hash 方法源码:

JDK 1.8 的 hash方法 相比于 JDK 1.7 hash 方法更加简化，但是原理不变。

static final int hash(Object key) {
2       int h;
3       // key.hashCode()：返回散列值也就是hashcode
4       // ^ ：按位异或
5       // >>>:无符号右移，忽略符号位，空位都以0补齐
6       return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
7   }

对比一下 JDK1.7的 HashMap 的 hash 方法源码.

1 static int hash(int h) {
2     // This function ensures that hashCodes that differ only by
3     // constant multiples at each bit position have a bounded
4     // number of collisions (approximately 8 at default load factor).
5 
6     h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
7     return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
8 }

相比于 JDK1.8 的 hash 方法 ，JDK 1.7 的 hash 方法的性能会稍差一点点，因为毕竟扰动了 4 次。

所谓 “拉链法” 就是：将链表和数组相结合。也就是说创建一个链表数组，数组中每一格就是一个链表。若遇到哈希冲突，则将冲突的值加到链表中即可。

JDK1.8之后

相比于之前的版本， JDK1.8之后在解决哈希冲突时有了较大的变化，当链表长度大于阈值（默认为8）时，将链表转化为红黑树，以减少搜索时间。

TreeMap、TreeSet以及JDK1.8之后的HashMap底层都用到了红黑树。红黑树就是为了解决二叉查找树的缺陷，因为二叉查找树在某些情况下会退化成一个线性结构。

（十一）HashMap 的长度为什么是2的幂次方

为了能让 HashMap 存取高效，尽量较少碰撞，也就是要尽量把数据分配均匀。我们上面也讲到了过了，Hash 值的范围值-2147483648到2147483647，前后加起来大概40亿的映射空间，只要哈希函数映射得比较均匀松散，一般应用是很难出现碰撞的。但问题是一个40亿长度的数组，内存是放不下的。所以这个散列值是不能直接拿来用的。用之前还要先做对数组的长度取模运算，得到的余数才能用来要存放的位置也就是对应的数组下标。这个数组下标的计算方法是“ (n - 1) & hash”。（n代表数组长度）。这也就解释了 HashMap 的长度为什么是2的幂次方。

这个算法应该如何设计呢？

我们首先可能会想到采用%取余的操作来实现。但是，重点来了：“取余(%)操作中如果除数是2的幂次则等价于与其除数减一的与(&)操作（也就是说 hash%length==hash&(length-1)的前提是 length 是2的 n 次方；）。” 并且 采用二进制位操作 &，相对于%能够提高运算效率，这就解释了 HashMap 的长度为什么是2的幂次方。

（十二）HashMap 多线程操作导致死循环问题

主要原因在于 并发下的Rehash 会造成元素之间会形成一个循环链表。不过，jdk 1.8 后解决了这个问题，但是还是不建议在多线程下使用 HashMap,因为多线程下使用 HashMap 还是会存在其他问题比如数据丢失。并发环境下推荐使用 ConcurrentHashMap 。

Rehash：一般来说，Hash表这个容器当有数据要插入时，都会检查容量有没有超过设定的thredhold，如果超过，需要增大Hash表的尺寸，但是这样一来，整个Hash表里的无素都需要被重算一遍。这叫rehash，这个成本相当的大。

（十三）ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的区别

ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的区别主要体现在实现线程安全的方式上不同。

• 底层数据结构： JDK1.7的 ConcurrentHashMap 底层采用 分段的数组+链表 实现，JDK1.8 采用的数据结构跟HashMap1.8的结构一样，数组+链表/红黑二叉树。Hashtable 和 JDK1.8 之前的 HashMap 的底层数据结构类似都是采用 数组+链表 的形式，数组是 HashMap 的主体，链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的；
• 实现线程安全的方式（重要）： ① 在JDK1.7的时候，ConcurrentHashMap（分段锁） 对整个桶数组进行了分割分段(Segment)，每一把锁只锁容器其中一部分数据，多线程访问容器里不同数据段的数据，就不会存在锁竞争，提高并发访问率。 到了 JDK1.8 的时候已经摒弃了Segment的概念，而是直接用 Node 数组+链表+红黑树的数据结构来实现，并发控制使用 synchronized 和 CAS 来操作。（JDK1.6以后 对 synchronized锁做了很多优化） 整个看起来就像是优化过且线程安全的 HashMap，虽然在JDK1.8中还能看到 Segment 的数据结构，但是已经简化了属性，只是为了兼容旧版本；② Hashtable(同一把锁) ?*使用 synchronized 来保证线程安全，get/put所有相关操作都是synchronized的，这相当于给整个哈希表加了一把大锁,**效率非常低下。当一个线程访问同步方法时，其他线程也访问同步方法，可能会进入阻塞或轮询状态，如使用 put 添加元素，另一个线程不能使用 put 添加元素，也不能使用 get，竞争会越来越激烈效率越低。

两者的对比图：

HashTable:

JDK1.7的ConcurrentHashMap：

（十四）ConcurrentHashMap线程安全的具体实现方式/底层具体实现

JDK1.7（上面有示意图）

首先将数据分为一段一段的存储，然后给每一段数据配一把锁，当一个线程占用锁访问其中一个段数据时，其他段的数据也能被其他线程访问。

ConcurrentHashMap 是由 Segment 数组结构和 HashEntry 数组结构组成。

Segment 实现了 ReentrantLock,所以 Segment 是一种可重入锁，扮演锁的角色。HashEntry 用于存储键值对数据。

static class Segment<K,V> extends ReentrantLock implements Serializable {
}

一个 ConcurrentHashMap 里包含一个 Segment 数组。Segment 的结构和HashMap类似，是一种数组和链表结构，一个 Segment 包含一个 HashEntry 数组，每个 HashEntry 是一个链表结构的元素，每个 Segment 守护着一个HashEntry数组里的元素，当对 HashEntry 数组的数据进行修改时，必须首先获得对应的 Segment的锁。

JDK1.8 （上面有示意图）

ConcurrentHashMap取消了Segment分段锁，采用CAS和synchronized来保证并发安全。数据结构跟HashMap1.8的结构类似，数组+链表/红黑二叉树。Java 8在链表长度超过一定阈值（8）时将链表（寻址时间复杂度为O(N)）转换为红黑树（寻址时间复杂度为O(log(N))）

synchronized只锁定当前链表或红黑二叉树的首节点，这样只要hash不冲突，就不会产生并发，效率又提升N倍。

（十五）comparable 和 Comparator的区别

• comparable接口实际上是出自java.lang包 它有一个 compareTo(Object obj)方法用来排序
• comparator接口实际上是出自 java.util 包它有一个compare(Object obj1, Object obj2)方法用来排序

Map类似，是一种数组和链表结构，一个 Segment 包含一个 HashEntry 数组，每个 HashEntry 是一个链表结构的元素，每个 Segment 守护着一个HashEntry数组里的元素，当对 HashEntry 数组的数据进行修改时，必须首先获得对应的 Segment的锁。