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
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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。
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。
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。
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
-
基本数据类型默认按升序排序
-
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
List,Set都是继承自Collection接口,Map则不是
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。)
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。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。
- 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。
- 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。
- 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。 ②LinkedList
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
- 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!); - 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;
- 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。
- 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。 - 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:
- 如果两个对象相等,则hashcode一定也是相同的
- 两个对象相等,对两个equals方法返回true
- 两个对象有相同的hashcode值,它们也不一定是相等的
- 综上,equals方法被覆盖过,则hashCode方法也必须被覆盖
- 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。
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