Java集合–Java核心面試知識整理（二）
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JAVA集合
2.1 介面繼承關係和實現
集合類存放於 Java.util 包中，主要有 3 種：set(集）、list(列表包含 Queue）和 map(映射)。
- Collection：Collection 是集合 List、Set、Queue 的最基本的介面。
- Iterator：迭代器，可以通過迭代器遍歷集合中的數據
- Map：是映射表的基礎介面
2.2 List
Java 的 List 是非常常用的數據類型。List 是有序的 Collection。Java List 一共三個實現類：分別是 ArrayList、Vector 和 LinkedList。
2.2.1 ArrayList（數組）
ArrayList 是最常用的 List 實現類，內部是通過數組實現的，它允許對元素進行快速隨機訪問。數組的缺點是每個元素之間不能有間隔，當數組大小不滿足時需要增加存儲能力，就要將已經有數組的數據複製到新的存儲空間中。當從 ArrayList 的中間位置插入或者刪除元素時，需要對數組進行複製、移動、代價比較高。因此，它適合隨機查找和遍歷，不適合插入和刪除。
2.2.2 Vector（數組實現、執行緒同步）
Vector 與 ArrayList 一樣，也是通過數組實現的，不同的是它支援執行緒的同步，即某一時刻只有一個執行緒能夠寫 Vector，避免多執行緒同時寫而引起的不一致性，但實現同步需要很高的花費，因此，訪問它比訪問 ArrayList 慢。
2.2.3 LinkedList（鏈表）
LinkedList 是用鏈表結構存儲數據的，很適合數據的動態插入和刪除，隨機訪問和遍歷速度比較慢。另外，他還提供了 List 介面中沒有定義的方法，專門用於操作表頭和表尾元素，可以當作堆棧、隊列和雙向隊列使用。
2.3 Set
Set 注重獨一無二的性質,該體系集合用於存儲無序(存入和取出的順序不一定相同)元素，值不能重複。對象的相等性本質是對象 hashCode 值（java 是依據對象的記憶體地址計算出的此序號）判斷的，如果想要讓兩個不同的對象視為相等的，就必須覆蓋 Object 的 hashCode 方法和 equals 方法。
2.3.1.1 HashSet（Hash 表）
哈希表邊存放的是哈希值。HashSet 存儲元素的順序並不是按照存入時的順序（和 List 顯然不同） 而是按照哈希值來存的所以取數據也是按照哈希值取得。元素的哈希值是通過元素的hashcode 方法來獲取的, HashSet 首先判斷兩個元素的哈希值，如果哈希值一樣，接著會比較equals 方法 如果 equals 結果為 true ，HashSet 就視為同一個元素。如果 equals 為 false 就不是同一個元素。
哈希值相同 equals 為 false 的元素是怎麼存儲呢,就是在同樣的哈希值下順延（可以認為哈希值相同的元素放在一個哈希桶中）。也就是哈希一樣的存一列。如圖 1 表示 hashCode 值不相同的情況；圖 2 表示 hashCode 值相同，但 equals 不相同的情況。
HashSet 通過 hashCode 值來確定元素在記憶體中的位置。一個 hashCode 位置上可以存放多個元素。
2.3.1.2 TreeSet（二叉樹）
- TreeSet()是使用二叉樹的原理對新 add()的對象按照指定的順序排序（升序、降序），每增加一個對象都會進行排序，將對象插入的二叉樹指定的位置。
- Integer 和 String 對象都可以進行默認的 TreeSet 排序，而自定義類的對象是不可以的，自己定義的類必須實現 Comparable 介面，並且覆寫相應的 compareTo()函數，才可以正常使用。
- 在覆寫 compare()函數時，要返回相應的值才能使 TreeSet 按照一定的規則來排序
- 比較此對象與指定對象的順序。如果該對象小於、等於或大於指定對象，則分別返回負整數、零或正整數。
2.3.1.3 LinkedHashSet（HashSet+LinkedHashMap）
對 於 LinkedHashSet 而 言 ， 它 繼 承 於 HashSet 、 又 基 於 LinkedHashMap 來 實 現 的 。LinkedHashSet 底層使用 LinkedHashMap 來保存所有元素，它繼承於 HashSet，其所有的方法操作上又與 HashSet 相同，因此 LinkedHashSet 的實現上非常簡單，只提供了四個構造方法，並通過傳遞一個標識參數，調用父類的構造器，底層構造一個 LinkedHashMap 來實現，在相關操作上與父類 HashSet 的操作相同，直接調用父類 HashSet 的方法即可。
2.4 Map
2.4.1 HashMap（數組+鏈表+紅黑樹）
HashMap 根據鍵的 hashCode 值存儲數據，大多數情況下可以直接定位到它的值，因而具有很快的訪問速度，但遍歷順序卻是不確定的。 HashMap 最多只允許一條記錄的鍵為 null，允許多條記錄的值為 null。HashMap 非執行緒安全，即任一時刻可以有多個執行緒同時寫 HashMap，可能會導致數據的不一致。如果需要滿足執行緒安全，可以用 Collections 的 synchronizedMap 方法使HashMap 具有執行緒安全的能力，或者使用 ConcurrentHashMap。我們用下面這張圖來介紹 HashMap 的結構。
2.4.1.1 JAVA7實現
大方向上，HashMap 裡面是一個數組，然後數組中每個元素是一個單向鏈表。上圖中，每個綠色
的實體是嵌套類 Entry 的實例，Entry 包含四個屬性：key, value, hash 值和用於單向鏈表的 next。
-
capacity：當前數組容量，始終保持 2^n，可以擴容，擴容後數組大小為當前的 2 倍。
-
loadFactor：負載因子，默認為 0.75。
-
threshold：擴容的閾值，等於 capacity * loadFactor
2.4.1.2 JAVA8 實現
Java8 對 HashMap 進行了一些修改，最大的不同就是利用了紅黑樹，所以其由 數組+鏈表+紅黑樹 組成。
根據 Java7 HashMap 的介紹，我們知道，查找的時候，根據 hash 值我們能夠快速定位到數組的具體下標，但是之後的話，需要順著鏈表一個個比較下去才能找到我們需要的，時間複雜度取決於鏈表的長度，為 O(n)。為了降低這部分的開銷，在 Java8 中，當鏈表中的元素超過了 8 個以後，會將鏈錶轉換為紅黑樹，在這些位置進行查找的時候可以降低時間複雜度為 O(logN)。
2.4.2 ConcurrentHashMap
2.4.2.1 Segment 段
ConcurrentHashMap 和 HashMap 思路是差不多的，但是因為它支援並發操作，所以要複雜一些。整個 ConcurrentHashMap 由一個個 Segment 組成，Segment 代表」部分「或」一段「的意思，所以很多地方都會將其描述為分段鎖。注意，下文中，我很多地方用了「槽」來代表一個 segment。
2.4.2.2 執行緒安全（Segment 繼承 ReentrantLock 加鎖）
簡單理解就是，ConcurrentHashMap 是一個 Segment 數組，Segment 通過繼承 ReentrantLock 來進行加鎖，所以每次需要加鎖的操作鎖住的是一個 segment，這樣只要保證每個 Segment 是執行緒安全的，也就實現了全局的執行緒安全。
2.4.2.3 並行度（默認 16）
concurrencyLevel：並行級別、並發數、Segment 數，怎麼翻譯不重要，理解它。默認是 16，也就是說 ConcurrentHashMap 有 16 個 Segments，所以理論上，這個時候，最多可以同時支援 16 個執行緒並發寫，只要它們的操作分別分布在不同的 Segment 上。這個值可以在初始化的時候設置為其他值，但是一旦初始化以後，它是不可以擴容的。再具體到每個 Segment 內部，其實每個 Segment 很像之前介紹的 HashMap，不過它要保證執行緒安全，所以處理起來要麻煩些。
2.4.2.4 Java8 實現 （引入了紅黑樹）
Java8 對 ConcurrentHashMap 進行了比較大的改動,Java8 也引入了紅黑樹。
2.4.3 HashTable（執行緒安全）
Hashtable 是遺留類，很多映射的常用功能與 HashMap 類似，不同的是它承自 Dictionary 類，並且是執行緒安全的，任一時間只有一個執行緒能寫 Hashtable，並發性不如 ConcurrentHashMap，因為 ConcurrentHashMap 引入了分段鎖。Hashtable 不建議在新程式碼中使用，不需要執行緒安全的場合可以用 HashMap 替換，需要執行緒安全的場合可以用 ConcurrentHashMap 替換。
2.4.4 TreeMap（可排序）
TreeMap 實現 SortedMap 介面，能夠把它保存的記錄根據鍵排序，默認是按鍵值的升序排序，也可以指定排序的比較器，當用 Iterator 遍歷 TreeMap 時，得到的記錄是排過序的。 如果使用排序的映射，建議使用 TreeMap。
在使用 TreeMap 時，key 必須實現 Comparable 介面或者在構造 TreeMap 傳入自定義的Comparator，否則會在運行時拋出 java.lang.ClassCastException 類型的異常。
2.4.5 LinkedHashMap（記錄插入順序）
LinkedHashMap 是 HashMap 的一個子類，保存了記錄的插入順序，在用 Iterator 遍歷LinkedHashMap 時，先得到的記錄肯定是先插入的，也可以在構造時帶參數，按照訪問次序排序。
