Java常用集合基础概念及源码流程分析(java常用集合基础概念及源码流程分析方法)

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  学习资源:b站 人人都是程序员 《看动画学java集合》
 

  b站 韩顺平 《java集合》 感谢二位的开源视频,本博客为个人笔记,如有错误还请包涵
 

  学习方法:推荐观看视频,自己用idea敲一遍然后debug一步步看,最后自己写笔记和画流程图。

  
目的:为了方便和高效地存储大批量的数据,变量和数组是远远不够的,我们需要能动态扩容的容器来存储。

  
所有的集合都实现了迭代器Iterable接口,迭代器是遍历集合的元素,并且返回。

  实现:1. 先新建迭代器 2. 调用hashnext方法 3. 调用next方法

  增强型for循环的底层实现也是迭代器

  
区别,HashMap是以key-value存放,而HashSet则是把key当value用,而value则由统一的值代替。

  
添加元素时,如果在同一个下标处有别的值,则用equals进行比较,如果相同则放弃添加,不同则添加到后面。

  
LinkedHashMap,继承自HashSet,但是由LinkedHashMap实现及数组+双向链表,因此具有LinkedHashMap的特点

  
HashSet,LinkedHashSet,TreeSet的区别:

  HashSet,添加查询快性能优于后两者。LinkedHashSet添加修改删除快,有序
 

  TreeSet只有在需要对元素进行排序时使用

  
基于EntrySet机制,可以分别拿到所有单独的Key或所有Value,以及k-v。

  

Hashmap map = new HashMap();

 

  Set entrySet = map.entrySet();

  Collection values = map.values();

  Set keySet = map.keySet();

  //example

  for(Object key : keySet) {

   System.out.println(key);

  

 

  
HashMap,基于数组与链表(JDK1.7)/链表+红黑树(JDK1.8)实现,初始容量16,增删改查快

  
无序,key可以为null但只能有一个,并且hash值为0,key不可以重复,value可以重复,以键值对的形式存储,会被封装到HashMap$Node中。元素的下标由数据的hash值 (数组容量-1)得到,因此存放的顺序是无序的。如果有重复的值则会覆盖。
 

  
Map接口的特点:key-value会以Node类型存放,但是为了方便遍历会创建EntrySet集合,该集合存放的类型为Entry,即 transient Set Map.Entry K,V entrySet; 然而entrySet中定义的类型是Map.Entry,但实际上存放的仍是Node,因为Node实现了Entry接口,之所以能够存放进EntrySet中是此处是做了向下转型的操作。并且数据只会存放一份在Node中,EntrySet存放的是引用。(先看图再看文字)

  
树(红黑树)化,当链表长度大于8且数组容量大于64时,链表会转化为红黑树(自平衡二叉树),以此提高查询速度,新增数据时需要计算节点的位置
 

  链化,当红黑树中的节点小等于6时,树将转化为链表,因为此时节点数很少,用红黑树查询的速度不比链表快。并且在新增元素的适合,链表不需要计算节点的位置,可以直接插入队尾。

  
扩容,当元素个数超过临界值时就需要扩容,临界值 = 容量 * 负载因子(默认0.75),扩容后的容量是之前的两倍

  
添加顺序,元素添加和取出的顺序一致,头节点为第一个元素,尾节点为最后一个元素
 

  访问顺序,用get访问某元素,则该元素为尾节点,该元素的next节点为头节点
 

  
无序并会对key排序,key唯一,key不可以为null,因为红黑树是自平衡二叉树,会先比较,而null不能比较,会抛出NullPointerException。

  
可以自定义的比较器来排序,put流程源码如下图

  

TreeMap Object, Object treeMap = new TreeMap (new Comparator Object () {

 

   @Override

   public int compare(Object o1, Object o2) {

   return ((String)o1).length() - ((String)o2).length();

   treeMap.put("aa","aa");

   treeMap.put("1213","3");

   treeMap.put("z","aa");

  

 

  
ArraysList,基于数组实现,默认容量为10,扩容时会先创建一个原始1.5倍的数组,然后再把元素复制过去。特点:

  有序,可存重复元素,可存null

  查询快,增删慢,适合查询较多的场景

  如果使用无参构造器,则初始elementData容量为0,第一次添加时则扩容为10,如需再次扩容,则扩容1.5倍

  如果使用指定大小的构造器,则初始elementData为指定大小,扩容仍为1.5倍。

  add方法,扩容机制,源码和流程分析

  

public static void main(String[] args) {

 

   ArrayList Object list = new ArrayList ();

   for (int i = 0; i i++) {

   list.add(i);

   list.add(11);

   list.add(12);

  

 

  创建ArrayList,循环添加元素,因为初始容量为10,当添加11时会扩容,观察源码执行情况。

  
查询慢,增删快,适合增删较多的场景

  和ArraysList相比需要记录前后节点,所以内存消耗比ArraysList大

  
实现机制:在容器类种定义一个modCount属性,记录容器修改的次数,当容器有添加或删除的操作modCount就++,在迭代的时候比较,如果不相同说明有多个线程同时修改,则抛出ConcurrentModificationException异常。

  
同步,仅对头节点加锁,因此并发度为数组容量

  统计元素个数,为了解决线程安全问题,使用CAS(compare and swap)算法,同一时刻只允许一个线程更新个数,其余线程更新失败,失败的线程再循环更新直到成功为止,但这样效率也很低,因此让更新失败的线程先把值累加到数组中。最后的个数由baseCount和CounterCell数组累加

  多线程协同扩容,每个线程负责一段步长的数据迁移。

  key,value不为null,避免出现不知道是拿出来value为null还是key根本不存在。

  只针对位置加锁

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