常用容器

常用容器

List

ArrayList

• ArrayList是实现了List接口的，可调整大小的数组。
• ArrayList内部是按照顺序进行元素的维护的，即不断向数组队列的尾部追加数据。
• ArrayList允许添加空值null和重复的值。
• ArrayList可以有泛型的表示，但是泛型必须是除8大基本类型以外的引用类型。如果想添加基本类型的数据，就必须使用其对应的包装类型，例如整型需要使用Integer，布尔类型需要使用Boolean等等。
• 由于ArrayList内部的方法不是同步的，因此当多线程访问一个ArrayList对象时，需要手动对同步做以控制。
• 关于ArrayList的初始化
  • 调用new ArrayList()无参构造方法时，会创建一个容量为0，大小为0的数组。但是一旦向ArrayList中添加一个元素后，ArrayList的容量会被设置为默认的容量10。当元素个数超过当前容量时，ArrayList需要扩容，扩容时的算法时按照当前容量大小计算出1.5倍的容量值，然后通过数组拷贝，将当前所有元素复制到一个新的容量的数组中，并将这个数组赋值给原来的数组引用。
  • 调用new ArrayList(int initialCapacity)构造方法时，会直接将容器的容量设置为参数值initialCapacity，而后如果容器中元素的数量超过initialCapacity时，将会按照上述的扩容方案进行1.5倍的扩容。
  • 调用new ArrayList(Collection c)构造方法时，会将入参的集合进行拷贝赋值给ArrayList。
• 在实际开发中，如果能大致估算ArrayList元素的数量，最好在创建ArrayList对象的时候就指定容器的大小，这样就可以避免因容器容量不足而引起扩容这样不必要的性能消耗。

LinkedList

• LinkedList是链表，并且是双向链表，那么意味着LinkedList的遍历可以从容器的任意方向开始。
• LinkedList没有初始化容器容量大小，不存在扩容机制。
• LinkedList中每个元素是以其内部类Node来表示的。item为当前节点存储的内容，next为当前节点后一节点的内存位置信息，prev为当前节点前一节点的内存位置信息。

private static class Node<E> {
    E item;
    Node<E> next;
    Node<E> prev;

    Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
        this.item = element;
        this.next = next;
        this.prev = prev;
    }
}

• 需要快速插入或删除元素时，应该使用LinkedList。因为在插入或删除元素的过程中，在查找要插入或删除的位置索引的时，LinkedList会通过二分法判断索引位置位于整个链表的前半段还是后半段，从而减少一半的遍历工作量，因此效率会比ArrayList高。
• 在调用get方法随机访问时，LinkedList由于依然需要通过二分法定位到元素的位置，因此会比ArrayList的直接访问索引位置元素慢。

Vector

• Vector是向量队列，它实现了List，RandomAccess，Cloneable，Serializable接口，没有实现Collection集合接口，因此它不属于集合。
• Vector类似于ArayList，是个动态数组，底层都由数组实现。
• 与ArrayList相比，它是线程安全的，在它内部实现中，方法都已经被synchronized关键字修饰。
• 关于扩容，当元素个数大于当前容器的容量时，扩容遵循翻倍的方案，即假如当前为默认容量10，当添加第11个元素时，就会进行扩容，扩充后容器容量为20。

Set

Set是不包含重复元素的集合。Set接口继承了Collection接口，因此它包含Collection接口全部的对集合的操作方法。

HashSet

• HashSet底层实现为HashMap，使用添加到Set的元素作为Map的key，因此实现了元素的不重复。下面是HashSet的构造方法及元素添加方法源码。

private transient HashMap<E,Object> map;

// 定义一个虚拟的值作为每个添加到Map中的value值
private static final Object PRESENT = new Object();

// 使用HashMap作为HashSet的实现
public HashSet() {
    map = new HashMap<>();
}

// 添加时，将添加的元素作为key值放进HashMap，以确保元素不会重复
public boolean add(E e) {
    return map.put(e, PRESENT)==null;
}

• HashSet没有重写equals方法，因此如果需要比较其中的key值元素，则需要手动重写equals方法和hashcode方法。
• HashSet由于底层是HashMap实现，因此HashSet的扩容机制与HashMap一致，初始化容量16，扩容因子0.75。

LinkedHashSet

• LinkedHashSet是HashSet的子类，它继承自HashSet，因此在HashSet的基础上新增了双向链表的结构。

TreeSet

• TreeSet是有序的，并且没有重复元素容器。
• 对于Java中的基本类型及常用的字符串类型的数据，TreeSet都可以进行排序。对于自定义的数据类型，必须要实现Comparable接口，并重写compareTo方法，这样就可以进行比较排序了。

public class Demo2 {

    public static void main(String[] args) {
        Person p1=new Person("a",22);
        Person p2=new Person("b",21);
        Person p3=new Person("c",35);
        Person p4=new Person("d",12);

        Set<Person> personSet=new TreeSet<>();
        personSet.add(p1);
        personSet.add(p2);
        personSet.add(p3);
        personSet.add(p4);

        System.out.println(personSet);
    }
}

class Person implements Comparable<Person>{
    private String name;
    private Integer age;

    public Person(String name, Integer age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public Integer getAge() {
        return age;
    }

    @Override
    public int compareTo(Person o) {
        return age.compareTo(o.getAge());//按照年龄进行比较
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{name='" + name + ", age=" + age + '}';
    }
}

• 由于Set的底层实现是HashMap和TreeMap，因此它们都不是线程安全的，如果有多线程访问操作的情况，需要手动在外部进行同步控制。

Map

HashMap

• 关于扩容，HashMap的扩容需要依据容量与扩容因子进行计算，默认容量为16，默认扩容因子为0.75，因此当容器中元素个数大于16*0.75，即大于12时触发扩容。扩容后的容量为当前容量的2倍。
• HashMap不是线程安全的，因此当多线程访问HashMap对象时，需要手动进行同步控制。也可以在创建HashMap对象时，使用Collections.synchronizedMap方法将HashMap对象转化成一个线程安全的Map对象。
• HashMap的key和value都可以为null。
• • 关于HashMap的存储结构，可以参考以下示例图：
• 

LinkedHashMap

LinkedHashMap是HashMap的子类，它继承自HashMap，因此在HashMap的基础上新增了双向链表的结构。

Hashtable

• Hashtable是线程安全的，因为在它其中的实现方法声明上都被synchronized关键字所修饰。
• Hashtable不可以使用null作为value值，会抛出空指针异常。
• Hashtable默认初始化容器大小为11，扩容因子为0.75。

关于Hashtable，Collections.synchronizedMap，ConcurrentHashMap对于同步的实现比较

• Hashtable是在其内部所有方法上添加了synchronized修饰，将整个集合对象锁住。
• Collections.synchronizedMap是将传入的线程不安全的Map对象，转换成线程安全的Map对象，其内部实现是使用了一个新的Map对象，并且将Map的诸如get，put，size等等操作方法使用synchronized修饰，也是锁住的整个对象。
• ConcurrentHashMap内部使用的是分段锁机制，众所周知，HashMap底层是采用数组存储数据，ConcurrentHashMap就是将数组分成若干段，对于每一段数据都是用Segment数据结构存储，Segment是可重入锁ReentrantLock的实现，每次访问该段Segment时，只会使用锁的lock方法对该段Segment进行同步锁定，如果有多线程访问其他Segment也不会出现线程安全问题。ConcurrentHashMap默认初始大小与HashMap一样为16，因此可以并发16个线程进行操作，效率显著提升。
• ConcurrentHashMap与另外两种相比，效率更高。