敖丙思维导图-集合
敖丙思维导图系列目录
这些知识整理都是自己查阅帅丙资料（当然还有其他渠道）加以总结滴~ 每周都会更新知识进去。
如有不全或错误还请大家在评论中指出~
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本文章目录
- 敖丙思维导图系列目录
- HashMap
-
- 初始化长度
- 红黑树
- 迭代器
- 扩容机制
- 为什么重写equals方法的时候需要重写hashCode方法呢？
- 线程安全的实现
- ConcurrentHashMap
-
- jdk1.7
- jdk1.8
- put操作
- ArrayLists和LinkedList
-
- ArrayList遍历性能更快
- 使用`Vertor、Collections.synchronizedList、CopyOnWriteArrayList` 确保线程安全。
- 其它基础知识
今天开始准备系统的复习下Java集合体系啦，以敖 丙的复习脑图走啦~(ง •_•)ง
HashMap
数组里面每个地方都存了Key-Value这样的实例，在Java7叫Entry在Java8中叫Node。
1.8插入数据时判断链表长度是否大于 8并且数组长度大于64， 大于的话链表转换为红黑树；当删除小于六时重新变为链表
根据泊松分布，在负载因子默认为0.75的时候，单个hash槽内元素个数为8的概率小于百万分之一，所以将7作为一个分水岭，等于7的时候不转换，大于等于8的时候才进行转换，小于等于6的时候就化为链表。
初始化长度
默认初始化长度（1<<4就是16），因为位与运算比算数计算的效率高了很多。因为Length-1的值是所有二进制位全为1，index的结果等同于HashCode后几位的值。只要输入的HashCode本身分布均匀，Hash算法的结果就是均匀的。2的幂实现均匀分布。
红黑树
红黑树是一种自平衡的二叉查找树
- 节点是红色或黑色。
- 根节点是黑色。
- 每个叶子节点都是黑色的空节点（NIL节点）。
- 每个红色节点的两个子节点都是黑色。(从每个叶子到根的所有路径上不能有两个连续的红色节点)
- 从任一节点到其每个叶子的所有路径都包含相同数目的黑色节点。
这些规则确保 从根到叶子节点的最长路径不超过最短路径的2倍。
平衡时使用：变色 + 旋转
左旋转： 逆时针旋转红黑树的两个节点，使得父节点被自己的右孩子取代，而自己成为自己的左孩子。
迭代器
HashMap 中的 Iterator 迭代器是 fail-fast。
快速失败（fail—fast）是java集合中的一种机制， 在用迭代器遍历一个集合对象时，如果遍历过程中对集合对象的内容进行了修改（增加、删除、修改），则会抛出Concurrent Modification Exception。在遍历过程中使用一个 modCount 变量，遍历下一个元素之前都会去监测这个值。安全失败（fail—safe）遍历时不是直接在集合内容上访问的，而是先复制原有集合内容，在拷贝的集合上进行遍历。（java.util.concurrent包下的容器都是安全失败，可以在多线程下并发使用，并发修改。）
扩容机制
数组容量是有限的，数据多次插入的，到达一定的数量就会进行扩容（resize）。
- 扩容：创建一个新的Entry空数组，长度是原数组的2倍。
- ReHash：遍历原Entry数组，把所有的Entry重新Hash到新数组。
（长度扩大以后，Hash的规则变化HashCode（Key） & （Length - 1）） HashCode（Key）就是：hashcode的高16位和低16位异或，用之前需要对数组的长度取模运算（因为数组的初始大小才16放不下哦），把散列值和数组长度-1做一个"与"操作）
扩容的时候1.7需要对原数组中的元素进行重新hash定位在新数组的位置，1.8 不用重新hash就可以直接定位原节点在新数据的位置；（扩容是扩大为原数组大小的2倍，用于计算数组位置的掩码仅仅只是高位多了一个1，重新hash数值比原来大16（旧数组的容量））
jdk1.7头插法（新元素总会被放在链表的头部位置）在resize时多线程会形成环形链表。
1.8使用尾插法避免（使用头插会改变链表的上的顺序，但是如果使用尾插，在扩容时会保持链表元素原本的顺序，就不会出现链表成环的问题了。）但是它没有加同步锁，多线程情况最容易出现的就是：线程A和线程B同时进行put操作，刚好这两条不同的数据hash值一样，并且该位置数据为null，A会把B的数据覆盖。
为什么重写equals方法的时候需要重写hashCode方法呢？
在java中，所有的对象都是继承于Object类。在未重写equals方法我们是继承了object的equals方法，那里的 equals是比较两个对象的内存地址，显然我们new了2个对象内存地址肯定不一样。
- 对于值对象，==比较的是两个对象的值
- 对于引用对象，比较的是两个对象的地址
对hashCode方法重写，以保证相同的对象返回相同的hash值。不然链表咋找对象？？
线程安全的实现
Java中有HashTable、Collections.synchronizedMap、以及ConcurrentHashMap可以实现线程安全的Map。
- HashTable是直接在操作方法上加synchronized关键字，锁住整个数组，粒度比较大。
HahTable对象的key、value值均不可为null。Hashtable使用的是安全失败机制（fail-safe），如果你使用null值，就会使得其无法判断对应的key是不存在还是为空，因为你无法再调用一次contain(key）来对key是否存在进行判断，ConcurrentHashMap同理。HashMap 的键值则都可以为 null
- Collections.synchronizedMap是使用Collections集合工具的内部类，通过传入Map封装出一个SynchronizedMap对象，内部定义了一个对象锁Map，方法内通过对象锁（Map）实现【还有排斥锁
mutex，如果你传入了mutex参数，则将对象排斥锁赋值为传入的对象。】； - ConcurrentHashMap使用CAS + synchronized，让并发度大大提高。
LinkedHashMap内部维护了一个单链表，有头尾节点，同时LinkedHashMap节点Entry内部除了继承HashMap的Node属性，还有before 和 after用于标识前置节点和后置节点。可以实现按插入的顺序或访问顺序排序。
TreeMap是按照Key的自然顺序或者Comprator的顺序进行排序，内部是通过红黑树来实现。所以要么key所属的类实现Comparable接口，或者自定义一个实现了Comparator接口的比较器，传给TreeMap用于key的比较。
ConcurrentHashMap
jdk1.7
jdk1.7时，由 Segment 数组（ 继承于 ReentrantLock）-》里面存放数据使用的是
HashEntry（HashEntry跟HashMap差不多的，但是不同点是，他使用volatile去修饰了数据Value还有下一个节点next） 组成。分段锁技术：当一个线程占用锁访问一个 Segment 时，不会影响到其他的 Segment。set需要获取Segment 锁；而 get 方法由于 HashEntry 中的 value 属性是用 volatile 关键词修饰的，因为不需要加锁。
jdk1.8
jdk1.8时，采用了 CAS + synchronized 来保证并发安全性。抛弃了原有的 Segment 分段锁，也把之前的HashEntry改成了Node，但是作用不变，把值和next采用了volatile去修饰。采用红黑树之后可以保证查询效率（O(logn)），甚至取消了 ReentrantLock 改为了 synchronized。
put操作
ConcurrentHashMap在进行put操作的还是比较复杂的，大致可以分为以下步骤：
- 根据 key 计算出 hashcode 。
- 判断是否需要进行初始化。
- 即为当前 key 定位出的 Node，如果为空表示当前位置可以写入数据，利用 CAS 尝试写入，失败则自旋保证成功。
- 如果当前位置的 hashcode == MOVED == -1,则需要进行扩容。
- 如果都不满足，则利用 synchronized 锁写入数据。
- 如果数量大于 TREEIFY_THRESHOLD 则要转换为红黑树。
CAS 操作包含三个操作数 —— 内存位置（V）、预期原值（A）和新值(B)。
CAS 带来的ABA问题加个版本号、时间戳就能解决。
ArrayLists和LinkedList
ArrayList是实现了基于动态数组(jdk1.8后对arraylist进行优化，默认为0，初次添加元素时扩容为10,为的是避免无用内存占用。每次扩容1.5倍)的数据结构，随机访问占优，空间浪费主要体现在在list列表的结尾预留一定的容量空间；
- 当使用ArrayList（int initialCapacity）的时候，
不会初始化数组大小，只是指定了elementData缓冲区数组的大小， 跟数组的大小size并没有什么关系。（elementData用transient来修饰，因为elementData里面有一些元素是空的，这种是没有必要序列化的。）
LinkedList基于链表的数据结构，新增和删除占优，空间花费则体现在它的每一个元素都需要消耗相当的空间。
ArrayList遍历性能更快
ArrayList遍历最大的优势在于内存的连续性，CPU的内部缓存结构会缓存连续的内存片段，可以大幅降低读取内存的性能开销。
Arrays.asList()的坑
Arrays.asList()方法返回的是的Arrays内部的ArrayList，用的时候需要注意。它体现的是适配器模式，后台的数据仍然是数组，所以不能使用修改集合的方法（add/remove/clear）
使用Vertor、Collections.synchronizedList、CopyOnWriteArrayList 确保线程安全。
CopyOnWrite并发容器用于读多写少的并发场景（ 只是在增删改上加锁，但是读不加锁）。
- 内存占用问题。因为CopyOnWrite的写时复制机制，所以在进行写操作的时候，内存里会同时驻扎两个对象的内存，
- 数据一致性问题。CopyOnWrite容器只能保证数据的最终一致性，不能保证数据的实时一致性。
CopyOnWriteArrayList 写入操作 add() 方法在添加集合的时候加了锁，保证同步，避免多线程写的时候会 copy 出多个副本。
虽然同步容器（例如Vertor）的所有方法都加了锁，但是对这些容器的复合操作无法保证其线程安全性。需要客户端通过主动加锁来保证。
由于同步容器存在的并发度低问题，从Java5开始，java.util.concurent包下，提供了大量支持高效并发的访问的集合类–并发容器。但是，作为代替Vector的CopyOnWriteArrayList并没有解决同步容器的复合操作的线程安全性问题。
ConcurrentHashMap中增加了对常用复合操作的支持，比如putIfAbsent()、replace()
其它基础知识
String，StringBuild，StringBuff的区别
执行效率： stringbuild>stringbuff>string
String类是不可变类，任何对String的改变都会引发新的String对象的生成；
StringBuffer是可变类，任何对它所指代的字符串的改变都不会产生新的对象，线程安全的。
StringBuilder是可变类，线性不安全的，不支持并发操作，不适合多线程中使用，但其在单线程中的性能比StringBuffer高。