集合类浅谈

单列Collection和双列Map集合

在 Java 中，集合有分为单列Collection和双列Map集合
单列集合又分为Set和List集合.
List 接口有多个子类延伸，常见的有以下几种：

1. ArrayList：

   • 优点：支持快速随机访问，通过索引可以快速获取元素；动态扩容，当容量不足时自动增加容量。
   • 缺点：插入和删除元素时，需要移动后面的元素，效率较低；线程不安全。
   • 底层实现原理：使用数组存储元素，通过维护一个容量来动态扩容。扩容机制：当需要扩容时，会创建一个新的数组，其容量是原数组的 1.5 倍（或其他指定的增长因子）。

2. LinkedList：

   • 优点：插入和删除元素效率高，只需修改指针；适用于频繁的插入和删除操作。
   • 缺点：随机访问元素效率较低，需要遍历链表；占用更多内存，因为每个节点都需要存储指针。
   • 底层实现原理：使用双向链表结构，每个节点包含前一个节点和后一个节点的引用。

3. Vector：

   • 优点：线程安全，适用于多线程环境。
   • 缺点：性能相对较低，由于加锁机制导致并发操作效率不高。
   • 底层实现原理：与 ArrayList 类似，使用数组存储元素，但在多线程环境下通过加锁来保证线程安全。扩容机制：与 ArrayList 类似，但可以通过构造函数指定扩容因子。

4. Stack：

   • 优点：实现了栈的数据结构，提供了栈的基本操作，如入栈和出栈。
   • 缺点：功能相对简单，只适用于栈的特定场景。
   • 底层实现原理：继承自 Vector，通过对 push 和 pop 等方法的实现来模拟栈的行为。

5. CopyOnWriteArrayList：

   • 优点：线程安全，在读多写少的场景下性能较好；迭代过程中不会抛出 ConcurrentModificationException。
   • 缺点：写入时需要复制整个数组，开销较大；不适合频繁写入的场景。
   • 底层实现原理：当进行写入操作时，会复制一个新的数组来进行修改，然后将原数组引用指向新数组。扩容机制：与 ArrayList 类似，新数组的容量通常是原容量的 2 倍或其他指定的增长因子。

在选择使用哪个子类时，需要根据具体的应用场景和需求来权衡其优缺点。如果需要高效的随机访问，可选择 ArrayList；如果需要频繁的插入和删除，可选择 LinkedList；如果需要线程安全，可选择 Vector 或 CopyOnWriteArrayList。

Set 接口有多个子类延伸，常见的有以下几种：

集合类	优点	缺点	底层实现原理	对红黑树的操作
HashSet	快速查找、添加和删除元素；不允许重复元素。	不保证元素的顺序。	基于哈希表实现，通过哈希函数将元素映射到特定的存储位置。	不涉及红黑树操作。
LinkedHashSet	保持元素的插入顺序；快速查找、添加和删除元素。	比 HashSet 略慢，因为需要维护元素的顺序。	结合了哈希表和链表的特性，在哈希表的基础上维护了元素的插入顺序。	不涉及红黑树操作。
TreeSet	有序存储元素；支持自然排序或自定义排序规则；高效的插入、删除和查找操作。	插入和删除元素的性能相对较低。	使用红黑树实现，自动对元素进行排序。	插入操作：将元素插入到红黑树中，并根据元素的值进行排序，可能需要进行颜色调整和旋转操作。 删除操作：从红黑树中删除指定元素，可能涉及到节点的替换和颜色调整。 查找操作：根据元素的值在红黑树中进行查找，快速定位到目标元素。

在选择使用哪个集合类时，需要考虑以下因素：

• 是否需要保持元素的顺序：如果需要，选择 LinkedHashSet 或 TreeSet；如果不需要，HashSet 可能更适合。
• 对性能的要求：如果注重查找、添加和删除的速度，HashSet 通常是较好的选择；如果需要有序性且对性能要求不是特别高，TreeSet 是不错的选择。
• 是否需要自定义排序规则：如果需要，选择 TreeSet 并提供相应的比较器。

红黑树是一种平衡二叉搜索树，它通过颜色标记和旋转操作来保持树的平衡，从而提供高效的插入、删除和查找操作。TreeSet 利用红黑树的特性来实现有序集合，使得元素能够按照特定的顺序进行存储和访问。

双列集合 Map 集合：

Map 集合类	优点	缺点	底层实现原理
HashMap	快速查找、添加和删除元素；不保证元素的顺序。	不支持线程安全（多线程环境下需要额外的同步措施）。	基于哈希表实现，通过哈希函数将键映射到特定的存储位置。
LinkedHashMap	保持元素的插入顺序；快速查找、添加和删除元素。	比 HashMap 略慢，因为需要维护元素的顺序。	结合了哈希表和链表的特性，在哈希表的基础上维护了元素的插入顺序。
TreeMap	有序存储键值对；支持自然排序或自定义排序规则。	插入和删除元素的性能相对较低。	使用红黑树实现，自动对键进行排序。

选择使用哪个 Map 子类时，需要考虑以下因素：

• 是否需要保持元素的顺序：如果需要，选择 LinkedHashMap 或 TreeMap；如果不需要，HashMap 可能更适合。
• 对性能的要求：如果注重查找、添加和删除的速度，HashMap 通常是较好的选择。
• 是否需要自定义排序规则：如果需要，选择 TreeMap 并提供相应的比较器。

与 Set 不同，Map 存储的是键值对，每个键对应一个值。Map 提供了丰富的操作方法，如获取值、添加键值对、删除键值对等。

需要注意的是，在多线程环境下，如果需要线程安全的 Map，可以使用 ConcurrentHashMap 或其他线程安全的 Map 实现类。

ArrayList 和 linkedList 区别？

ArrayList 和 LinkedList 是 Java 中常用的两种集合类，它们在数据结构实现、随机访问效率、增加和删除效率、内存空间占用以及线程安全等方面存在一些区别。

1. 数据结构实现：

   • ArrayList 是基于动态数组的数据结构实现。
   • LinkedList 则是基于双向链表的数据结构实现，每个节点包含两个指针，分别指向直接后继和直接前驱。

2. 随机访问效率：

   • 由于 ArrayList 底层是数组，可以通过索引直接访问元素，因此在随机访问时效率较高。
   • 而 LinkedList 需要通过移动指针从前往后依次查找，所以在随机访问方面效率相对较低。

3. 增加和删除效率：

   • 对于非首尾位置的增加和删除操作，LinkedList 效率更高。因为它只需修改相关节点的指针，无需移动其他元素。
   • 而 ArrayList 在进行非首尾位置的增删操作时，可能需要移动其他元素以保持数组的连续性，效率相对较低。

4. 内存空间占用：

   • LinkedList 除了存储数据本身，还需要额外存储两个引用（指向前驱和后继节点），因此相比 ArrayList 会占用更多的内存空间。

5. 线程安全：

   • 两者都是非线程安全的，在多线程环境下需要进行额外的同步处理。

综上所述，在选择使用 ArrayList 还是 LinkedList 时，可以根据具体的需求来考虑：

• 如果需要频繁读取集合元素，对随机访问效率有较高要求，可选择 ArrayList。
• 如果集合的插入和删除操作较多，尤其是在非首尾位置，可选择 LinkedList。

HashMap详解

一、引言

HashMap 是 Java 中常用的数据结构之一，用于存储键值对。它基于哈希表实现，提供了高效的插入、查找和删除操作。本文将深入探讨 HashMap 的底层原理、解决哈希冲突的方法、扩容机制以及与 ConcurrentHashMap 的区别等方面。

二、哈希与哈希冲突

1. 哈希：将任意长度的二进制映射为固定长度的较小二进制值。
2. 哈希冲突：不同输入值计算出相同哈希值的现象。

三、HashMap 解决哈希冲突的方法

1. 链表法：相同哈希值的对象组织成链表放在Hash值对应的槽位。
2. 开放地址法：当某个槽位已经被占用, 通过探测算法寻找下一个可用槽位。

四、HashMap 的底层原理

1. 数据结构：数组和链表结合。
2. 插入元素：计算哈希值确定下标，处理哈希冲突。
3. 获取元素：找到对应下标，进一步判断键是否相同。

HashMap 是 Java 中常用的一种数据结构，用于存储键值对。它的底层实现主要基于数组和链表（或红黑树）。

1. 数组存储：HashMap 使用一个数组来存储键值对。数组的每个元素称为一个“桶”（bucket），每个桶可以存储一个键值对或者一个链表（或红黑树）。

2. 哈希函数：HashMap 使用哈希函数将键转换为一个整数哈希码。哈希码用于确定键值对应该存储在哪个桶中。

3. 解决冲突：由于哈希函数可能会导致不同的键产生相同的哈希码，因此可能会发生冲突。HashMap 通过链表（或红黑树）来解决冲突。当多个键值对被映射到同一个桶时，它们会被存储在该桶的链表（或红黑树）中。

4. 链表存储：在发生冲突时，HashMap 使用链表来存储冲突的键值对。每个链表节点包含键、值以及指向下一个节点的引用。

5. 红黑树存储（可选）：当链表长度大于 阈值（默认为8） 时，HashMap 会将链表转换为红黑树, 以减少搜索时间，提高查询性能。扩容 resize( ) 时，红黑树拆分成的树的结点数小于等于临界值6个，则退化成链表。红黑树是一种自平衡的二叉搜索树，能够快速地进行查找、插入和删除操作。

6. 扩容机制：当 HashMap 中的元素数量超过一定比例（默认是 0.75）时，HashMap 会进行扩容操作。扩容会创建一个更大的数组，并将原来的键值对重新映射到新的数组中。

通过以上底层原理，HashMap 能够实现高效的键值对存储和快速的查找操作。它的平均时间复杂度为 O(1)，在大多数情况下能够提供较好的性能。

需要注意的是，HashMap 是非线程安全的，如果在多线程环境下使用，需要进行适当的同步处理或使用线程安全的 ConcurrentHashMap。

五、HashMap 的 put 方法流程

1. 判断数组是否为空或 null，否则扩容。
2. 根据键计算哈希值得到索引。
3. 处理哈希冲突，覆盖或添加到链表/红黑树。
4. 插入成功后判断是否需要扩容。

六、HashMap 的扩容机制

1. 超过阀值或初始化时扩容。
2. 扩容为原来的 2 倍。
3. 元素重新分发。

七、为何 HashMap 数组长度为 2 的次幂

1. 提高计算索引效率。
2. 扩容时重新计算索引更高效。
3. 均匀分配数据，减少哈希冲突。

八、ConcurrentHashMap

1. 线程安全的高效 Map 集合。
2. JDK1.7：分段数组+链表，锁粒度较大。
3. JDK1.8：Node+CAS+Synchronized，锁粒度更精细。

九、HashMap 与 ConcurrentHashMap 的区别

1. 线程安全性：HashMap 非线程安全，ConcurrentHashMap 线程安全。
2. 键值对是否允许 null：HashMap 允许，ConcurrentHashMap 不允许。

十、总结

HashMap 是一种常用的数据结构，通过哈希表实现高效的存储和访问。理解其底层原理、解决哈希冲突的方法以及扩容机制对于正确使用和优化 HashMap 非常重要。ConcurrentHashMap 则提供了线程安全的版本，适用于多线程环境。在实际应用中，根据具体需求选择合适的 Map 实现。