【Java】jdk1.8集合类特性综述及横向比较

• 前置知识: Java基础 集合类基础(jdk1.8)

Map(字典)

该接口不基于Collection

HashMap/LinkedHashMap/TreeMap比较

		HashMap	LinkedHashMap	TreeMap
继承	父接口	Map	Map	NavigableMap1
	父类	AbstractMap	HashMap	AbstractMap
数据存储	底层结构	数组+(链表/红黑树)	同HashMap+双向链表	红黑树
复杂度	插入	O(1)	同HashMap	O(lgN)
	删除	O(1)	同HashMap	O(lgN)
	查找	O(1)	同HashMap	O(lgN)
有序性	迭代顺序	/	插入顺序/访问顺序	自然序/自定义
	支持Navigate	否	同HashMap	是
哈希	哈希函数	基于HashCode()高/低位2	同HashMap	/
	桶定位法	位运算3	同HashMap	/
	冲突处理	转换成链表/红黑树4	同HashMap	/
扩容机制	初始容量	163	同HashMap	/
	最大容量	1 << 30(2^31 )	同HashMap	/
	负载因子	0.755	同HashMap	/
	扩容策略	2倍3	同HashMap	/
	扩容时机	插入后6	同HashMap	/
	具体操作	在新数组中重排所有元素	同HashMap	/
	保持迭代顺序	否7	同HashMap	/
序列化	典型优化	跳过数组null位置	同HashMap8	/
	transient9	size/modCount10; table/entrySet;	同HashMap; head/tail8;	size/modCount; root11;
同步	线程安全	否	同HashMap	否
	final	Entry.hash/key	同HashMap	无

Set(集合)

该接口基于Collection

HashSet/LinkedHashSet/TreeSet比较

Set实现内部使用了Map实现,所以其特性和Map对应项类似

List(列表)

该接口基于Collection

ArrayList/LinkedList/Vector比较

		ArrayList	LinkedList	Vector
继承	父接口	List/RandonAccess	List/Deque	List/RandonAccess
	父类	AbstractList	AbstractSequentialList	AbstractList
数据存储	底层结构	数组	双向链表12	数组
复杂度	插入	O(N)	O(1)	O(N)
	删除	O(N)	O(1)	O(N)
	查询	O(1)	O(N)	O(1)
容量	初始容量	10	0	10
	最大容量	Integer.Max	Integer.Max	Integer.Max
扩容	时间点	插入前	/	插入前
	策略	1.5倍	/	默认为2倍
	主要耗时点	拷贝数组13	/	拷贝数组
同步	线程安全	无	无	是(synchronized)
序列化	优化策略	跳过数组空白的尾部	/	无
	transient	elementData;	size; first/last;	无14

Queue/Deque(队列/双端队列)

该接口基于Collection

LinkedList/PriorityQueue/ArrayDeque比较

		LinkedList	PriorityQueue	ArrayDeque
继承	父接口	List/Deque	Queue	Deque
	父类	AbstractSequentialList	AbstractQueue	AbstractCollection
数据存储	数据结构	列表/双端队列	优先队列	双端队列
	底层结构	双向链表	最小堆/最大堆15(数组)	循环数组
Usage	插入null元素	支持	不支持16	不支持17
有序性	出队有序性	/	自然序/自定义	/
	迭代有序性	/	无	/
复杂度	插入	O(1)	O(lgN)	O(N)
	删除	O(1)	O(lgN)	O(N)
	查询	O(N)	O(lgN)	O(1)
	入队	O(1)	O(lgN)	O(1)
	出队	O(1)	O(lgN)	O(1)
扩容	初始容量	/	11(1+2+4+4)	8
	最小容量	/	218	8
	时间点	/	插入前	插入后
	判断条件	/	index >= queue.length	head==tail
	策略	/	新容量<=64为2倍,否则为1.5倍	2倍
序列化	优化策略	/	删除空白位置,但size不小于2	删除空白位置
	transient	size; first/last;	queue; modCount;	elements; head/tail;
同步	线程安全	否	否	否

Reference

1. Java 8系列之重新认识HashMap
2. 深入理解哈希表
3. Java 核心技术点之集合框架
4. LinkedHashMap
5. List 总结
6. 【集合框架】JDK1.8源码分析HashSet && LinkedHashSet（八）
7. JDK中优先级队列PriorityQueue实现分析

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1. 通过NavigableMap(扩展自SortedMap)接口,程序可以通过Entry之间的大小顺序,访问某个Entry相邻的Entry ↩
2. 一共两次哈希:第一次:Object.hashCode()返回32位整数;地二次:对第一次哈希值的低位和高位做乘方运算,保证所有数字都参与计算,防止Hash聚集现象 ↩
3. 定位元素位于哪个bucket中一般使用求模运算index = hash % length,HashMap中使用较之更快的等效位运算index = hash & (length - 1),条件是数组length必须满足2^n .受影响参数包括初始容量/最大容量/扩容策略.使用位运算的代价是:如果length为素数,HashMap不容易产生Hash冲突,但这是一个trade-off ↩
4. since jdk1.8,当元素过于集中在一个bucket时,由链表转成红黑树;反之由红黑树转成链表 ↩
5. loadFactor>0即可;负载因子越大,同样内存HashMap能容纳元素越多,Hash冲突可能性越大,各个操作的复杂度越大 ↩
6. 插入后检测扩容比插入前要差,无法避免无谓的扩容(即之后不在put元素的场景) ↩
7. 由于resize后各个元素的hash值可能发生变化,所以无法保证迭代器遍历的顺序,主要体现在在原数组中靠前的元素在新数组中靠后,而且如果假设hash函数是平均分布的话,该种情况出现的概率为50%(eg.元素hash=31,old_array.length=16,new_array.length=32,元素位置从15变成31).有趣的是,jdk1.8的HashMap利用了这种现象来降低resize时重新计算元素位置的开销 ↩
8. head/tail为双向链表的头结点和尾节点,由于使用其父类的序列化方法,因此反序列之后需要重新生成双向链表,这是在新建节点的newNode()中实现的;访问/插入/删除方法中对双向链表的操作会通过Override父类的Hook方法实现 ↩
9. transient修饰的变量不会被Java默认的序列化器处理,需要程序自己OverloadwriteObject()和readObject()方法 ↩
10. modCount记录结构变化的次数(eg.插入新元素/删除老元素) ↩
11. 红黑树的根节点 ↩
12. 讲道理是可以用单向链表的,但是由于该类被官方推荐来模拟Stack/Queue/Deque,因此使用了双向链表,该类能够毫不费力的兼容这些数据结构 ↩
13. 执行拷贝数组的方法是Arrays.copy(),底层native方法是arraycopy(),对数组元素的拷贝都是浅拷贝.可以用简单的实验表明:当原数组的元素数量超过10^6 时,耗时超过1ms;当原数组元素数量超过10^7 时,耗时超过5ms ↩
14. 由于历史原因Vector(since jdk1.0)没有对序列化做优化,数组尾部的空白片段依然会被保留,官方也推荐使用更新的集合类(since jdk1.2)来代替它 ↩
15. 默认是二叉最小堆(默认的comparator来自于SortedSet) ↩
16. null元素是被删除的元素留下的空位置/还没有添加元素的空位置,是个重要的remove()判断条件,所以不能插入null元素 ↩
17. 原因类似PriorityQueue,循环数组中中间有一段是null的,null是数组中的空位置 ↩
18. 该最小容量是由序列化writeObject()方法保证,保证树二叉堆至少有两层 ↩