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Java集合

WuJunwei
Nov 25, 2020
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Java集合框架概述；Collection接口方法；Iterator迭代器接口；List、Set；Map接口；Collections工具类

Java集合框架概述

集合、数组都是对多个数据进行存储操作的结构，简称Java容器。

  • 说明：此时的存储，主要指的是内存层面的存储，不涉及到持久化的存储（.txt,.jpg,.avi，数据库中）

一方面， 面向对象语言对事物的体现都是以对象的形式，为了方便对多个对象的操作，就要对对象进行存储。另一方面，使用Array存储对象方面具有一些弊端，而Java 集合就像一种容器，可以动态地把多个对象的引用放入容器中。

  • 数组在内存存储方面的特点：
    • 数组初始化以后，长度就确定了。
    • 数组声明的类型，就决定了进行元素初始化时的类型
  • 数组在存储数据方面的弊端：
    • 数组初始化以后，长度就不可变了，不便于扩展
    • 数组中提供的属性和方法少，不便于进行添加、删除、插入等操作，且效率不高。同时无法直接获取存储元素的个数
    • 获取数组中实际元素的个数的需求，数组没有现成的属性或方法可用
    • 数组存储的数据是有序的、可以重复的。—->存储数据的特点单一

Java 集合类可以用于存储数量不等的多个对象，还可用于保存具有映射关系的关联数组

分类

Java 集合可分为 Collection 和 Map 两种体系

  • Collection接口：单列数据，定义了存取一组对象的方法的集合
    • List：元素有序、可重复的集合–>“动态”数组
      • ArrayList、LinkedList、Vector
    • Set：元素无序、不可重复的集合–>高中讲的“集合”
      • HashSet、LinkedHashSet、TreeSet
  • Map接口：双列数据，保存具有映射关系“key-value对”的集合–>高中函数：y = f(x)
    • HashMap、LinkedHashMap、TreeMap、Hashtable、Properties

Collection接口方法

  • Collection 接口是 List、Set 和 Queue 接口的父接口，该接口里定义的方法既可用于操作 Set 集合，也可用于操作 List 和 Queue 集合。
  • JDK不提供此接口的任何直接实现，而是提供更具体的子接口(如：Set和List)实现。
  • 在 Java5 之前，Java 集合会丢失容器中所有对象的数据类型，把所有对象都当成 Object 类型处理；从 JDK 5.0 增加了泛型以后，Java 集合可以记住容器中对象的数据类型。

接口方法

  1. 添加
    • add(Object obj)
    • addAll(Collection coll)
  2. 获取有效元素的个数
    • int size()
  3. 清空集合
    • void clear()
  4. 是否是空集合
    • boolean isEmpty()
  5. 是否包含某个元素
    • boolean contains(Object obj)：是通过元素的equals方法来判断是否是同一个对象
    • boolean containsAll(Collection c)：也是调用元素的equals方法来比较的。拿两个集合的元素挨个比较
  6. 删除
    • boolean remove(Object obj) ：通过元素的equals方法判断是否是要删除的那个元素。只会删除找到的第一个元素
    • boolean removeAll(Collection coll)：取当前集合的差集
  7. 取两个集合的交集
    • boolean retainAll(Collection c)：把交集的结果存在当前集合中，不影响c
  8. 集合是否相等
    • boolean equals(Object obj)
  9. 转成对象数组
    • Object[] toArray()
  10. 获取集合对象的哈希值
    • hashCode()
  11. 遍历
    • iterator()：返回迭代器对象，用于集合遍历

Iterator迭代器接口

  • Iterator对象称为迭代器(设计模式的一种)，主要用于遍历 Collection 集合中的元素。
  • GOF给迭代器模式的定义为：提供一种方法访问一个容器(container)对象中各个元素，而又不需暴露该对象的内部细节。迭代器模式，就是为容器而生。类似于“公交车上的售票员”、“火车上的乘务员”、“空姐”。
  • Collection接口继承了java.lang.Iterable接口，该接口有一个iterator()方法，那么所有实现了Collection接口的集合类都有一个iterator()方法，用以返回一个实现了Iterator接口的对象。
  • Iterator 仅用于遍历集合，Iterator 本身并不提供承装对象的能力。如果需要创建Iterator 对象，则必须有一个被迭代的集合。
  • 集合对象每次调用iterator()方法都得到一个全新的迭代器对象，默认游标都在集合的第一个元素之前。

Iterator接口的方法

在调用it.next()方法之前必须要调用it.hasNext()进行检测。若不调用，且下一条记录无效，直接调用it.next()会抛出NoSuchElementException异常。

迭代器的执行原理

Iterator接口remove()方法

Iterator iter = coll.iterator();//回到起点
while(iter.hasNext()){
Object obj = iter.next();
if(obj.equals("Tom")){
iter.remove();
} }

注意：

  • Iterator可以删除集合的元素，但是是遍历过程中通过迭代器对象的remove方法，不是集合对象的remove方法。
  • 如果还未调用next()或在上一次调用 next 方法之后已经调用了 remove 方法，再调用remove都会报IllegalStateException。

使用 foreach 循环遍历集合元素

  • Java 5.0 提供了 foreach 循环迭代访问 Collection和数组。
  • 遍历操作不需获取Collection或数组的长度，无需使用索引访问元素。
  • 遍历集合的底层调用Iterator完成操作。
  • foreach还可以用来遍历数组

Collection子接口一：List

  • 鉴于Java中数组用来存储数据的局限性，我们通常使用List替代数组
  • List集合类中元素有序、且可重复，集合中的每个元素都有其对应的顺序索引。
  • List容器中的元素都对应一个整数型的序号记载其在容器中的位置，可以根据序号存取容器中的元素。
  • JDK API中List接口的实现类常用的有：ArrayList、LinkedList和Vector。

List接口方法

List除了从Collection集合继承的方法外，List 集合里添加了一些根据索引来操作集合元素的方法。

  • void add(int index, Object ele):在index位置插入ele元素
  • boolean addAll(int index, Collection eles):从index位置开始将eles中的所有元素添加进来
  • Object get(int index):获取指定index位置的元素
  • int indexOf(Object obj):返回obj在集合中首次出现的位置
  • int lastIndexOf(Object obj):返回obj在当前集合中末次出现的位置
  • Object remove(int index):移除指定index位置的元素，并返回此元素
  • Object set(int index, Object ele):设置指定index位置的元素为ele
  • List subList(int fromIndex, int toIndex):返回从fromIndex到toIndex位置的子集合

List实现类之一：ArrayList

  • ArrayList 是 List 接口的典型实现类、主要实现类
  • 本质上，ArrayList是对象引用的一个”变长”数组
  • ArrayList的JDK1.8之前与之后的实现区别？
    • JDK1.7：ArrayList像饿汉式，直接创建一个初始容量为10的数组
    • JDK1.8：ArrayList像懒汉式，一开始创建一个长度为0的数组，当添加第一个元素时再创建一个始容量为10的数组
  • Arrays.asList(…) 方法返回的 List 集合，既不是 ArrayList 实例，也不是Vector 实例。 Arrays.asList(…) 返回值是一个固定长度的 List 集合

源码分析

jdk 7情况下

ArrayList list = new ArrayList();//底层创建了长度是10的Object[]数组elementData

  • list.add(123);//elementData[0] = new Integer(123);
  • …
  • list.add(11);//如果此次的添加导致底层elementData数组容量不够，则扩容。
  • 默认情况下，扩容为原来的容量的1.5倍，同时需要将原有数组中的数据复制到新的数组中。

结论：建议开发中使用带参的构造器：ArrayList list = new ArrayList(int capacity)

jdk 8中ArrayList的变化

ArrayList list = new ArrayList();//底层Object[] elementData初始化为{}.并没有创建长度为10的数组

  • list.add(123);//第一次调用add()时，底层才创建了长度10的数组，并将数据123添加到elementData[0]
  • …
  • 后续的添加和扩容操作与jdk 7 无异。

jdk7中的ArrayList的对象的创建类似于单例的饿汉式，而jdk8中的ArrayList的对象的创建类似于单例的懒汉式，延迟了数组的创建，节省内存。

List实现类之二：LinkedList

对于频繁的插入或删除元素的操作，建议使用LinkedList类，效率较高

新增方法：

  • void addFirst(Object obj)  void addLast(Object obj)  Object getFirst()
  • Object getLast()
  • Object removeFirst()
  • Object removeLast()

LinkedList：双向链表，内部没有声明数组，而是定义了Node类型的first和last，用于记录首末元素。同时，定义内部类Node，作为LinkedList中保存数据的基本结构。Node除了保存数据，还定义了两个变量：

  • prev变量记录前一个元素的位置

  • next变量记录下一个元素的位置

    private static class Node { E item; Node next; Node prev; Node(Node prev, E element, Node next) { this.item = element; this.next = next; this.prev = prev; } }

源码分析

LinkedList list = new LinkedList(); 内部声明了Node类型的first和last属性，默认值为null

list.add(123);//将123封装到Node中，创建了Node对象。

List 实现类之三：Vector

Vector 是一个古老的集合，JDK1.0就有了。大多数操作与ArrayList相同，区别之处在于Vector是线程安全的。

  • 在各种list中，最好把ArrayList作为缺省选择。当插入、删除频繁时，使用LinkedList；Vector总是比ArrayList慢，所以尽量避免使用。

  • 新增方法：

    • void addElement(Object obj)  void insertElementAt(Object obj,int index)
    • void setElementAt(Object obj,int index)
    • void removeElement(Object obj)  void removeAllElements()

源码分析

jdk7和jdk8中通过Vector()构造器创建对象时，底层都创建了长度为10的数组。

在扩容方面，默认扩容为原来的数组长度的2倍。

面试题

ArrayList/LinkedList/Vector的异同

三个类都是实现了List接口，存储数据的特点相同：存储有序的、可重复的数据

  • ArrayList：作为List接口的主要实现类；线程不安全的，效率高；底层使用Object[] elementData存储
  • LinkedList：对于频繁的插入、删除操作，使用此类效率比ArrayList高；底层使用双向链表存储
  • Vector：作为List接口的古老实现类；线程安全的，效率低；底层使用Object[] elementData存储

Collection子接口二：Set

Set 接口概述

  • Set接口是Collection的子接口，set接口没有提供额外的方法
  • Set集合不允许包含相同的元素，如果试把两个相同的元素加入同一个Set 集合中，则添加操作失败。
  • Set判断两个对象是否相同不是使用 == 运算符，而是根据 equals() 方法

Set：存储无序的、不可重复的数据

  1. 无序性：不等于随机性。存储的数据在底层数组中并非按照数组索引的顺序添加，而是根据数据的哈希值决定的。
  2. 不可重复性：保证添加的元素按照equals()判断时，不能返回true.即：相同的元素只能添加一个。

Set接口的框架

Collection接口：单列集合，用来存储一个一个的对象

  • Set接口：存储无序的、不可重复的数据 –>高中讲的“集合”
    • HashSet：作为Set接口的主要实现类；线程不安全的；可以存储null值 * LinkedHashSet：作为HashSet的子类；遍历其内部数据时，可以按照添加的顺序遍历对于频繁的遍历操作，LinkedHashSet效率高于HashSet.
    • TreeSet：可以按照添加对象的指定属性，进行排序。

Set实现类之一：HashSet

  • HashSet 是 Set 接口的典型实现，大多数时候使用 Set 集合时都使用这个实现类。
  • HashSet 按 Hash 算法来存储集合中的元素，因此具有很好的存取、查找、删除性能。
  • HashSet 具有以下特点：
    • 不能保证元素的排列顺序
    • HashSet 不是线程安全的
    • 集合元素可以是 null
  • HashSet 集合判断两个元素相等的标准：两个对象通过 hashCode() 方法比较相等，并且两个对象的 equals() 方法返回值也相等。
  • 对于存放在Set容器中的对象，对应的类一定要重写equals()和hashCode(Object obj)方法，以实现对象相等规则。即：“相等的对象必须具有相等的散列码”。

向HashSet中添加元素的过程

当向 HashSet 集合中存入一个元素时，HashSet 会调用该对象的 hashCode() 方法来得到该对象的 hashCode 值，然后根据 hashCode 值，通过某种散列函数决定该对象在HashSet 底层数组中的存储位置。（这个散列函数会与底层数组的长度相计算得到在数组中的下标，并且这种散列函数计算还尽可能保证能均匀存储元素，越是散列分布，该散列函数设计的越好）

如果两个元素的hashCode()值相等，会再继续调用equals方法，如果equals方法结果为true，添加失败；如果为false，那么会保存该元素，但是该数组的位置已经有元素了，那么会通过链表的方式继续链接。

如果两个元素的 equals() 方法返回 true，但它们的 hashCode() 返回值不相等，hashSet 将会把它们存储在不同的位置，但依然可以添加成功。

重写 hashCode() 方法的基本原则

  • 在程序运行时，同一个对象多次调用 hashCode() 方法应该返回相同的值。
  • 当两个对象的 equals() 方法比较返回 true 时，这两个对象的 hashCode() 方法的返回值也应相等。
  • 对象中用作 equals() 方法比较的 Field(属性)，都应该用来计算 hashCode 值。

重写 equals() 方法的基本原则

以自定义的Customer类为例，何时需要重写equals()？

  • 当一个类有自己特有的“逻辑相等”概念,当改写equals()的时候，总是要改写hashCode()，根据一个类的equals方法（改写后），两个截然不同的实例有可能在逻辑上是相等的，但是，根据Object.hashCode()方法，它们仅仅是两个对象。
  • 因此，违反了“相等的对象必须具有相等的散列码”。
  • 结论：复写equals方法的时候一般都需要同时复写hashCode方法。通常参与计算hashCode的对象的属性也应该参与到equals()中进行计算

Eclipse/IDEA工具里hashCode()的重写

以Eclipse/IDEA为例，在自定义类中可以调用工具自动重写equals和hashCode。

问题：为什么用Eclipse/IDEA复写hashCode方法，有31这个数字？

  • 选择系数的时候要选择尽量大的系数。因为如果计算出来的hash地址越大，所谓的“冲突”就越少，查找起来效率也会提高。（减少冲突）
  • 并且31只占用5bits,相乘造成数据溢出的概率较小。
  • 31可以 由i*31== (i«5)-1来表示,现在很多虚拟机里面都有做相关优化。（提高算法效率）
  • 31是一个素数，素数作用就是如果我用一个数字来乘以这个素数，那么最终出来的结果只能被素数本身和被乘数还有1来整除！(减少冲突)

Set实现类之二：LinkedHashSet

  • LinkedHashSet 是 HashSet 的子类
  • LinkedHashSet 根据元素的 hashCode 值来决定元素的存储位置，但它同时使用双向链表维护元素的次序，这使得元素看起来是以插入顺序保存的。
  • LinkedHashSet插入性能略低于 HashSet，但在迭代访问 Set 里的全部元素时有很好的性能。
  • LinkedHashSet 不允许集合元素重复。
  • 优点：对于频繁的遍历操作，LinkedHashSet效率高于HashSet

LinkedHashSet底层结构

Set实现类之三：TreeSet

  • TreeSet 是 SortedSet 接口的实现类，TreeSet 可以确保集合元素处于排序状态。
  • TreeSet底层使用红黑树结构存储数据
  • 新增的方法如下： (了解)
    • Comparator comparator()
    • Object first()
    • Object last()
    • Object lower(Object e)
    • Object higher(Object e)
    • SortedSet subSet(fromElement, toElement)
    • SortedSet headSet(toElement)
    • SortedSet tailSet(fromElement)
  • TreeSet 两种排序方法：自然排序和定制排序。默认情况下，TreeSet 采用自然排序。

排 序—自然排序

  • 自然排序：TreeSet 会调用集合元素的 compareTo(Object obj) 方法来比较元素之间的大小关系，然后将集合元素按升序(默认情况)排列
  • 如果试图把一个对象添加到 TreeSet 时，则该对象的类必须实现 Comparable 接口。
    • 实现 Comparable 的类必须实现 compareTo(Object obj) 方法，两个对象即通过compareTo(Object obj) 方法的返回值来比较大小。
  • Comparable 的典型实现：
    • BigDecimal、BigInteger 以及所有的数值型对应的包装类：按它们对应的数值大小进行比较
    • Character：按字符的 unicode值来进行比较
    • Boolean：true 对应的包装类实例大于 false 对应的包装类实例
    • String：按字符串中字符的 unicode 值进行比较
    • Date、Time：后边的时间、日期比前面的时间、日期大
  • 向 TreeSet 中添加元素时，只有第一个元素无须比较compareTo()方法，后面添加的所有元素都会调用compareTo()方法进行比较。
  • 因为只有相同类的两个实例才会比较大小，所以向 TreeSet 中添加的应该是同一个类的对象。
  • 对于 TreeSet 集合而言，它判断两个对象是否相等的唯一标准是：两个对象通过 compareTo(Object obj) 方法比较返回值。
  • 当需要把一个对象放入 TreeSet 中，重写该对象对应的 equals() 方法时，应保证该方法与 compareTo(Object obj) 方法有一致的结果：如果两个对象通过equals() 方法比较返回 true，则通过 compareTo(Object obj) 方法比较应返回 0。否则，让人难以理解。

排 序—定制排序

  • TreeSet的自然排序要求元素所属的类实现Comparable接口，如果元素所属的类没有实现Comparable接口，或不希望按照升序(默认情况)的方式排列元素或希望按照其它属性大小进行排序，则考虑使用定制排序。定制排序，通过Comparator接口来实现。需要重写compare(T o1,T o2)方法。
  • 利用int compare(T o1,T o2)方法，比较o1和o2的大小：如果方法返回正整数，则表示o1大于o2；如果返回0，表示相等；返回负整数，表示o1小于o2。
  • 要实现定制排序，需要将实现Comparator接口的实例作为形参传递给TreeSet的构造器。
  • 此时，仍然只能向TreeSet中添加类型相同的对象。否则发生ClassCastException异常。
  • 使用定制排序判断两个元素相等的标准是：通过Comparator比较两个元素返回了0。

Map接口

实现结构

  • Map:双列数据，存储key-value对的数据 —类似于高中的函数：y = f(x)
    • HashMap:作为Map的主要实现类；线程不安全的，效率高；存储null的key和value
      • LinkedHashMap:保证在遍历map元素时，可以按照添加的顺序实现遍历。
      • 原因：在原有的HashMap底层结构基础上，添加了一对指针，指向前一个和后一个元素。对于频繁的遍历操作，此类执行效率高于HashMap。
    • TreeMap:保证按照添加的key-value对进行排序，实现排序遍历。此时考虑key的自然排序或定制排序底层使用红黑树
    • Hashtable:作为古老的实现类；线程安全的，效率低；不能存储null的key和value
      • Properties:常用来处理配置文件。key和value都是String类型

Map接口概述

  • Map与Collection并列存在。用于保存具有映射关系的数据:key-value
  • Map 中的 key 和 value 都可以是任何引用类型的数据
  • Map 中的 key 用Set来存放，不允许重复，即同一个 Map 对象所对应的类，须重写hashCode()和equals()方法
  • 常用String类作为Map的“键”
  • key 和 value 之间存在单向一对一关系，即通过指定的 key 总能找到唯一的、确定的 value
  • Map接口的常用实现类：HashMap、TreeMap、LinkedHashMap和Properties。其中，HashMap是 Map 接口使用频率最高的实现类

HashMap的存储结构

JDK 7及以前版本：HashMap是数组+链表结构(即为链地址法)

JDK 8版本发布以后：HashMap是数组+链表+红黑树实现。

Map结构的理解：

  • Map中的key:无序的、不可重复的，使用Set存储所有的key —>key所在的类要重写equals()和hashCode() （以HashMap为例）
  • Map中的value:无序的、可重复的，使用Collection存储所有的value —>value所在的类要重写equals()
  • 一个键值对：key-value构成了一个Entry对象。
  • Map中的entry:无序的、不可重复的，使用Set存储所有的entry

Map接口：常用方法

  • 添加、删除、修改操作：
    • Object put(Object key,Object value)：将指定key-value添加到(或修改)当前map对象中
    • void putAll(Map m):将m中的所有key-value对存放到当前map中
    • Object remove(Object key)：移除指定key的key-value对，并返回value
    • void clear()：清空当前map中的所有数据
  • 元素查询的操作：
    • Object get(Object key)：获取指定key对应的value
    • boolean containsKey(Object key)：是否包含指定的key
    • boolean containsValue(Object value)：是否包含指定的value
    • int size()：返回map中key-value对的个数
    • boolean isEmpty()：判断当前map是否为空
    • boolean equals(Object obj)：判断当前map和参数对象obj是否相等
  • 元视图操作的方法：
    • Set keySet()：返回所有key构成的Set集合
    • Collection values()：返回所有value构成的Collection集合
    • Set entrySet()：返回所有key-value对构成的Set集合

HashMap的底层实现原理

jdk7为例

  • HashMap map = new HashMap():
  • 在实例化以后，底层创建了长度是16的一维数组Entry[] table。
  • …可能已经执行过多次put…
  • map.put(key1,value1):
  • 首先，调用key1所在类的hashCode()计算key1哈希值，此哈希值经过某种算法计算以后，得到在Entry数组中的存放位置。
    • 如果此位置上的数据为空，此时的key1-value1添加成功。 —-情况1
    • 如果此位置上的数据不为空，(意味着此位置上存在一个或多个数据(以链表形式存在)),比较key1和已经存在的一个或多个数据的哈希值：
      • 如果key1的哈希值与已经存在的数据的哈希值都不相同，此时key1-value1添加成功。—-情况2
      • 如果key1的哈希值和已经存在的某一个数据(key2-value2)的哈希值相同，继续比较：调用key1所在类的equals(key2)方法，比较：
        • 如果equals()返回false:此时key1-value1添加成功。—-情况3
        • 如果equals()返回true:使用value1替换value2。

补充：关于情况2和情况3：此时key1-value1和原来的数据以链表的方式存储。

在不断的添加过程中，会涉及到扩容问题，当超出临界值(且要存放的位置非空)时，扩容。默认的扩容方式：扩容为原来容量的2倍，并将原有的数据复制过来。

  • HashMap的内部存储结构其实是数组和链表的结合。当实例化一个HashMap时，系统会创建一个长度为Capacity的Entry数组，这个长度在哈希表中被称为容量(Capacity)，在这个数组中可以存放元素的位置我们称之为“桶”(bucket)，每个bucket都有自己的索引，系统可以根据索引快速的查找bucket中的元素。
  • 每个bucket中存储一个元素，即一个Entry对象，但每一个Entry对象可以带一个引用变量，用于指向下一个元素，因此，在一个桶中，就有可能生成一个Entry链。而且新添加的元素作为链表的head。
  • 添加元素的过程：

向HashMap中添加entry1(key，value)，需要首先计算entry1中key的哈希值(根据key所在类的hashCode()计算得到)，此哈希值经过处理以后，得到在底层Entry[]数组中要存储的位置i。如果位置i上没有元素，则entry1直接添加成功。如果位置i上已经存在entry2(或还有链表存在的entry3，entry4)，则需要通过循环的方法，依次比较entry1中key和其他的entry。如果彼此hash值不同，则直接添加成功。如果hash值不同，继续比较二者是否equals。如果返回值为true，则使用entry1的value去替换equals为true的entry的value。如果遍历一遍以后，发现所有的equals返回都为false,则entry1仍可添加成功。entry1指向原有的entry元素。

HashMap的扩容

当HashMap中的元素越来越多的时候，hash冲突的几率也就越来越高，因为数组的长度是固定的。所以为了提高查询的效率，就要对HashMap的数组进行扩容，而在HashMap数组扩容之后，最消耗性能的点就出现了：原数组中的数据必须重新计算其在新数组中的位置，并放进去，这就是resize。那么HashMap什么时候进行扩容呢？ 当HashMap中的元素个数超过数组大小(数组总大小length,不是数组中个数size)loadFactor 时 ， 就 会 进 行 数 组 扩 容 ， loadFactor 的默认 值 (DEFAULT_LOAD_FACTOR)为0.75，这是一个折中的取值。也就是说，默认情况下，数组大小(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)为16，那么当HashMap中元素个数超过160.75=12（这个值就是代码中的threshold值，也叫做临界值）的时候，就把数组的大小扩展为 2*16=32，即扩大一倍，然后重新计算每个元素在数组中的位置，而这是一个非常消耗性能的操作，所以如果我们已经预知HashMap中元素的个数，那么预设元素的个数能够有效的提高HashMap的性能

jdk8 相较于jdk7在底层实现方面的不同

  1. new HashMap():底层没有创建一个长度为16的数组
  2. jdk 8底层的数组是：Node[],而非Entry[]
  3. 首次调用put()方法时，底层创建长度为16的数组
  4. jdk7底层结构只有：数组+链表。jdk8中底层结构：数组+链表+红黑树。
    1. 形成链表时，七上八下（jdk7:新的元素指向旧的元素。jdk8：旧的元素指向新的元素）
    2. 当数组的某一个索引位置上的元素以链表形式存在的数据个数 > 8 且当前数组的长度 > 64时，此时此索引位置上的所数据改为使用红黑树存储。
  • DEFAULT_INITIAL_CAPACITY : HashMap的默认容量，16
  • DEFAULT_LOAD_FACTOR：HashMap的默认加载因子：0.75
  • threshold：扩容的临界值，=容量*填充因子：16 * 0.75 => 12
  • TREEIFY_THRESHOLD：Bucket中链表长度大于该默认值，转化为红黑树:8
  • MIN_TREEIFY_CAPACITY：桶中的Node被树化时最小的hash表容量:64
  • HashMap的内部存储结构其实是数组+链表+树的结合。当实例化一个HashMap时，会初始化initialCapacityloadFactor，在put第一对映射关系时，系统会创建一个长度为initialCapacity的Node数组，这个长度在哈希表中被称为容量(Capacity)，在这个数组中可以存放元素的位置我们称之为“桶”(bucket)，每个bucket都有自己的索引，系统可以根据索引快速的查找bucket中的元素。
  • 每个bucket中存储一个元素，即一个Node对象，但每一个Node对象可以带一个引用变量next，用于指向下一个元素，因此，在一个桶中，就有可能生成一个Node链。也可能是一个一个TreeNode对象，每一个TreeNode对象可以有两个叶子结点left和right，因此，在一个桶中，就有可能生成一个TreeNode树。而新添加的元素作为链表的last，或树的叶子结点。

那么HashMap什么时候进行扩容和树形化呢？

当HashMap中的元素个数超过数组大小(数组总大小length,不是数组中个数size)loadFactor 时 ， 就会进行数组扩容 ，loadFactor 的默认 值 (DEFAULT_LOAD_FACTOR)为0.75，这是一个折中的取值。也就是说，默认情况下，数组大小(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)为16，那么当HashMap中元素个数超过160.75=12（这个值就是代码中的threshold值，也叫做临界值）的时候，就把数组的大小扩展为 2*16=32，即扩大一倍，然后重新计算每个元素在数组中的位置，而这是一个非常消耗性能的操作，所以如果我们已经预知HashMap中元素的个数，那么预设元素的个数能够有效的提高HashMap的性能。

当HashMap中的其中一个链的对象个数如果达到了8个，此时如果capacity没有达到64，那么HashMap会先扩容解决，如果已经达到了64，那么这个链会变成树，结点类型由Node变成TreeNode类型。当然，如果当映射关系被移除后，下次resize方法时判断树的结点个数低于6个，也会把树再转为链表

关于映射关系的key是否可以修改？answer：不要修改

映射关系存储到HashMap中会存储key的hash值，这样就不用在每次查找时重新计算每一个Entry或Node（TreeNode）的hash值了，因此如果已经put到Map中的映射关系，再修改key的属性，而这个属性又参与hashcode值的计算，那么会导致匹配不上。

总结：JDK1.8相较于之前的变化：

  1. HashMap map = new HashMap();//默认情况下，先不创建长度为16的数组
  2. 当首次调用map.put()时，再创建长度为16的数组
  3. 数组为Node类型，在jdk7中称为Entry类型
  4. 形成链表结构时，新添加的key-value对在链表的尾部（七上八下）
  5. 当数组指定索引位置的链表长度>8时，且map中的数组的长度> 64时，此索引位置上的所有key-value对使用红黑树进行存储。

HashMap源码中的重要常量

  • DEFAULT_INITIAL_CAPACITY : HashMap的默认容量，16
  • MAXIMUM_CAPACITY ： HashMap的最大支持容量，2^30
  • DEFAULT_LOAD_FACTOR：HashMap的默认加载因子
  • TREEIFY_THRESHOLD：Bucket中链表长度大于该默认值，转化为红黑树
  • UNTREEIFY_THRESHOLD：Bucket中红黑树存储的Node小于该默认值，转化为链表
  • MIN_TREEIFY_CAPACITY：桶中的Node被树化时最小的hash表容量。（当桶中Node的
  • 数量大到需要变红黑树时，若hash表容量小于MIN_TREEIFY_CAPACITY时，此时应执行
  • resize扩容操作这个MIN_TREEIFY_CAPACITY的值至少是TREEIFY_THRESHOLD的4倍。）
  • table：存储元素的数组，总是2的n次幂
  • entrySet：存储具体元素的集
  • size：HashMap中存储的键值对的数量
  • modCount：HashMap扩容和结构改变的次数。
  • threshold：扩容的临界值，=容量*填充因子
  • loadFactor：填充因子

负载因子值的大小，对HashMap有什么影响

  • 负载因子的大小决定了HashMap的数据密度。
  • 负载因子越大密度越大，发生碰撞的几率越高，数组中的链表越容易长,造成查询或插入时的比较次数增多，性能会下降。
  • 负载因子越小，就越容易触发扩容，数据密度也越小，意味着发生碰撞的几率越小，数组中的链表也就越短，查询和插入时比较的次数也越小，性能会更高。但是会浪费一定的内容空间。而且经常扩容也会影响性能，建议初始化预设大一点的空间。
  • 按照其他语言的参考及研究经验，会考虑将负载因子设置为0.7~0.75，此时平均检索长度接近于常数

Map实现类之二：LinkedHashMap

  • LinkedHashMap 是 HashMap 的子类
  • 在HashMap存储结构的基础上，使用了一对双向链表来记录添加元素的顺序
  • 与LinkedHashSet类似，LinkedHashMap 可以维护 Map 的迭代顺序：迭代顺序与 Key-Value 对的插入顺序一致

HashMap中的内部类：Node

static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final int hash;
final K key;
V value;
Node<K,V> next; }

LinkedHashMap中的内部类：Entry

static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
Entry<K,V> before, after;
Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
super(hash, key, value, next);
} }

Map实现类之三：TreeMap

  • TreeMap存储 Key-Value 对时，需要根据 key-value 对进行排序。
  • TreeMap 可以保证所有的 Key-Value 对处于有序状态。
  • TreeSet底层使用红黑树结构存储数据
  • TreeMap 的 Key 的排序：
    • 自然排序：TreeMap 的所有的 Key 必须实现 Comparable 接口，而且所有的 Key 应该是同一个类的对象，否则将会抛出 ClasssCastException
    • 定制排序：创建 TreeMap 时，传入一个 Comparator 对象，该对象负责对TreeMap 中的所有 key 进行排序。此时不需要 Map 的 Key 实现Comparable 接口
  • TreeMap判断两个key相等的标准：两个key通过compareTo()方法或者compare()方法返回0

Map实现类之四：Hashtable

  • Hashtable是个古老的 Map 实现类，JDK1.0就提供了。不同于HashMap，Hashtable是线程安全的。
  • Hashtable实现原理和HashMap相同，功能相同。底层都使用哈希表结构，查询速度快，很多情况下可以互用。  与HashMap不同，Hashtable 不允许使用 null 作为 key 和value
  • 与HashMap一样，Hashtable 也不能保证其中 Key-Value 对的顺序
  • Hashtable判断两个key相等、两个value相等的标准，与HashMap一致。

Map实现类之五：Properties

  • Properties 类是 Hashtable 的子类，该对象用于处理属性文件
  • 由于属性文件里的 key、value 都是字符串类型，所以 Properties 里的 key和 value 都是字符串类型

  • 存取数据时，建议使用setProperty(String key,String value)方法和getProperty(String key)方法

    Properties pros = new Properties(); pros.load(new FileInputStream(“jdbc.properties”)); String user = pros.getProperty(“user”); System.out.println(user);

Collections工具类

  • Collections 是一个操作 Set、List 和 Map 等集合的工具类
  • Collections 中提供了一系列静态的方法对集合元素进行排序、查询和修改等操作，还提供了对集合对象设置不可变、对集合对象实现同步控制等方法

Collections常用方法

  • 排序操作：（均为static方法）
    • reverse(List)：反转 List 中元素的顺序
    • shuffle(List)：对 List 集合元素进行随机排序
    • sort(List)：根据元素的自然顺序对指定 List 集合元素按升序排序
    • sort(List，Comparator)：根据指定的 Comparator 产生的顺序对 List 集合元素进行排序
    • swap(List，int， int)：将指定 list 集合中的 i 处元素和 j 处元素进行交换
  • 查找、替换
    • Object max(Collection)：根据元素的自然顺序，返回给定集合中的最大元素
    • Object max(Collection，Comparator)：根据 Comparator 指定的顺序，返回给定集合中的最大元素
    • Object min(Collection)
    • Object min(Collection，Comparator)
    • int frequency(Collection，Object)：返回指定集合中指定元素的出现次数

    • void copy(List dest,List src)：将src中的内容复制到dest中 boolean replaceAll(List list，Object oldVal，Object newVal)：使用新值替换List 对象的所有旧值

      //报异常：IndexOutOfBoundsException(“Source does not fit in dest”) // List dest = new ArrayList(); // Collections.copy(dest,list); //正确的： List dest = Arrays.asList(new Object[list.size()]); System.out.println(dest.size());//list.size(); Collections.copy(dest,list);

      System.out.println(dest);

Collections常用方法：同步控制

Collections 类中提供了多个 synchronizedXxx() 方法，该方法可使将指定集合包装成线程同步的集合，从而可以解决多线程并发访问集合时的线程安全问题

    //返回的list1即为线程安全的List
    List list1 = Collections.synchronizedList(list);

补充：Enumeration

Enumeration 接口是 Iterator 迭代器的 “古老版本”

Enumeration stringEnum = new StringTokenizer(“a-b*c-d-e-g”, “-“); while(stringEnum.hasMoreElements()){ Object obj = stringEnum.nextElement(); System.out.println(obj); }