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集合容器概述
什么是集合
集合的特点
集合和数组的区别
使用集合框架的好处
常用的集合类有哪些?
List,Set,Map三者的区别?
Java 容器分为 Collection 和 Map 两大类,Collection集合的子接口有Set、List、Queue三种子接口。我们比较常用的是Set、List,Map接口不是collection的子接口。
Collection集合主要有List和Set两大接口
Map是一个键值对集合,存储键、值和之间的映射。 Key无序,唯一;value 不要求有序,允许重复。Map没有继承于Collection接口,从Map集合中检索元素时,只要给出键对象,就会返回对应的值对象。
集合框架底层数据结构
哪些集合类是线程安全的?
Java集合的快速失败机制 “fail-fast”?
怎么确保一个集合不能被修改?
List list = new ArrayList<>();
list. add("x");
Collection clist = Collections. unmodifiableCollection(list);
clist. add("y"); // 运行时此行报错
System. out. println(list. size());
Collection接口
List接口
迭代器 Iterator 是什么?
List list = new ArrayList<>();
Iterator it = list. iterator();
while(it. hasNext()){
String obj = it. next();
System. out. println(obj);
}
如何边遍历边移除 Collection 中的元素?
Iterator it = list.iterator();
while(it.hasNext()){
*// do something*
it.remove();
}
一种最常见的错误代码如下:
for(Integer i : list){
list.remove(i)
}
Iterator 和 ListIterator 有什么区别?
遍历一个 List 有哪些不同的方式?每种方法的实现原理是什么?Java 中 List 遍历的最佳实践是什么?
说一下 ArrayList 的优缺点
如何实现数组和 List 之间的转换?
// list to array
List list = new ArrayList();
list.add("123");
list.add("456");
list.toArray();
// array to list
String[] array = new String[]{"123","456"};
Arrays.asList(array);
ArrayList 和 LinkedList 的区别是什么?
ArrayList 和 Vector 的区别是什么?
插入数据时,ArrayList、LinkedList、Vector谁速度较快?阐述 ArrayList、Vector、LinkedList 的存储性能和特性?
多线程场景下如何使用 ArrayList?
List synchronizedList = Collections.synchronizedList(list);
synchronizedList.add("aaa");
synchronizedList.add("bbb");
for (int i = 0; i < synchronizedList.size(); i++) {
System.out.println(synchronizedList.get(i));
}
为什么 ArrayList 的 elementData 加上 transient 修饰?
public class ArrayList extends AbstractList
implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable
可以看到 ArrayList 实现了 Serializable 接口,这意味着 ArrayList 支持序列化。transient 的作用是说不希望 elementData 数组被序列化,重写了 writeObject 实现:
private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws java.io.IOException{
*// Write out element count, and any hidden stuff*
int expectedModCount = modCount;
s.defaultWriteObject();
*// Write out array length*
s.writeInt(elementData.length);
*// Write out all elements in the proper order.*
for (int i=0; i
List 和 Set 的区别
Set接口
说一下 HashSet 的实现原理?
HashSet如何检查重复?HashSet是如何保证数据不可重复的?
private static final Object PRESENT = new Object();
private transient HashMap map;
public HashSet() {
map = new HashMap<>();
}
public boolean add(E e) {
// 调用HashMap的put方法,PRESENT是一个至始至终都相同的虚值
return map.put(e, PRESENT)==null;
}
hashCode()与equals()的相关规定:
==与equals的区别
HashSet与HashMap的区别
Map接口
什么是Hash算法
什么是链表
2.双向链表:除了包含单链表的部分,还增加的pre前一个节点的指针
说一下HashMap的实现原理?
HashMap在JDK1.7和JDK1.8中有哪些不同?HashMap的底层实现
HashMap JDK1.8之前
大概就是这样子:
a
/ \
b c
/ \ / \
d e f g
/ \ / \ / \ / \
h i j k l m n o
HashMap的put方法的具体流程?
key
的hash
值,这里调用了 hash
方法,hash
方法实际是让key.hashCode()
与key.hashCode()>>>16
进行异或操作,高16bit补0,一个数和0异或不变,所以 hash 函数大概的作用就是:高16bit不变,低16bit和高16bit做了一个异或,目的是减少碰撞。按照函数注释,因为bucket数组大小是2的幂,计算下标index = (table.length - 1) & hash
,如果不做 hash 处理,相当于散列生效的只有几个低 bit 位,为了减少散列的碰撞,设计者综合考虑了速度、作用、质量之后,使用高16bit和低16bit异或来简单处理减少碰撞,而且JDK8中用了复杂度 O(logn)的树结构来提升碰撞下的性能。public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
//实现Map.put和相关方法
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node[] tab; Node p; int n, i;
// 步骤①:tab为空则创建
// table未初始化或者长度为0,进行扩容
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
// 步骤②:计算index,并对null做处理
// (n - 1) & hash 确定元素存放在哪个桶中,桶为空,新生成结点放入桶中(此时,这个结点是放在数组中)
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
// 桶中已经存在元素
else {
Node e; K k;
// 步骤③:节点key存在,直接覆盖value
// 比较桶中第一个元素(数组中的结点)的hash值相等,key相等
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
// 将第一个元素赋值给e,用e来记录
e = p;
// 步骤④:判断该链为红黑树
// hash值不相等,即key不相等;为红黑树结点
// 如果当前元素类型为TreeNode,表示为红黑树,putTreeVal返回待存放的node, e可能为null
else if (p instanceof TreeNode)
// 放入树中
e = ((TreeNode)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
// 步骤⑤:该链为链表
// 为链表结点
else {
// 在链表最末插入结点
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
// 到达链表的尾部
//判断该链表尾部指针是不是空的
if ((e = p.next) == null) {
// 在尾部插入新结点
p.next = newNode(hash, key, value, null);
//判断链表的长度是否达到转化红黑树的临界值,临界值为8
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
//链表结构转树形结构
treeifyBin(tab, hash);
// 跳出循环
break;
}
// 判断链表中结点的key值与插入的元素的key值是否相等
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
// 相等,跳出循环
break;
// 用于遍历桶中的链表,与前面的e = p.next组合,可以遍历链表
p = e;
}
}
//判断当前的key已经存在的情况下,再来一个相同的hash值、key值时,返回新来的value这个值
if (e != null) {
// 记录e的value
V oldValue = e.value;
// onlyIfAbsent为false或者旧值为null
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
//用新值替换旧值
e.value = value;
// 访问后回调
afterNodeAccess(e);
// 返回旧值
return oldValue;
}
}
// 结构性修改
++modCount;
// 步骤⑥:超过最大容量就扩容
// 实际大小大于阈值则扩容
if (++size > threshold)
resize();
// 插入后回调
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
HashMap的扩容操作是怎么实现的?
final Node[] resize() {
Node[] oldTab = table;//oldTab指向hash桶数组
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;
if (oldCap > 0) {//如果oldCap不为空的话,就是hash桶数组不为空
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {//如果大于最大容量了,就赋值为整数最大的阀值
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;//返回
}//如果当前hash桶数组的长度在扩容后仍然小于最大容量 并且oldCap大于默认值16
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // double threshold 双倍扩容阀值threshold
}
// 旧的容量为0,但threshold大于零,代表有参构造有cap传入,threshold已经被初始化成最小2的n次幂
// 直接将该值赋给新的容量
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
newCap = oldThr;
// 无参构造创建的map,给出默认容量和threshold 16, 16*0.75
else { // zero initial threshold signifies using defaults
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
// 新的threshold = 新的cap * 0.75
if (newThr == 0) {
float ft = (float)newCap * loadFactor;
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
}
threshold = newThr;
// 计算出新的数组长度后赋给当前成员变量table
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
Node[] newTab = (Node[])new Node[newCap];//新建hash桶数组
table = newTab;//将新数组的值复制给旧的hash桶数组
// 如果原先的数组没有初始化,那么resize的初始化工作到此结束,否则进入扩容元素重排逻辑,使其均匀的分散
if (oldTab != null) {
// 遍历新数组的所有桶下标
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
Node e;
if ((e = oldTab[j]) != null) {
// 旧数组的桶下标赋给临时变量e,并且解除旧数组中的引用,否则就数组无法被GC回收
oldTab[j] = null;
// 如果e.next==null,代表桶中就一个元素,不存在链表或者红黑树
if (e.next == null)
// 用同样的hash映射算法把该元素加入新的数组
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
// 如果e是TreeNode并且e.next!=null,那么处理树中元素的重排
else if (e instanceof TreeNode)
((TreeNode)e).split(this, newTab, j, oldCap);
// e是链表的头并且e.next!=null,那么处理链表中元素重排
else { // preserve order
// loHead,loTail 代表扩容后不用变换下标,见注1
Node loHead = null, loTail = null;
// hiHead,hiTail 代表扩容后变换下标,见注1
Node hiHead = null, hiTail = null;
Node next;
// 遍历链表
do {
next = e.next;
if ((e.hash & oldCap) == 0) {
if (loTail == null)
// 初始化head指向链表当前元素e,e不一定是链表的第一个元素,初始化后loHead
// 代表下标保持不变的链表的头元素
loHead = e;
else
// loTail.next指向当前e
loTail.next = e;
// loTail指向当前的元素e
// 初始化后,loTail和loHead指向相同的内存,所以当loTail.next指向下一个元素时,
// 底层数组中的元素的next引用也相应发生变化,造成lowHead.next.next.....
// 跟随loTail同步,使得lowHead可以链接到所有属于该链表的元素。
loTail = e;
}
else {
if (hiTail == null)
// 初始化head指向链表当前元素e, 初始化后hiHead代表下标更改的链表头元素
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
// 遍历结束, 将tail指向null,并把链表头放入新数组的相应下标,形成新的映射。
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;
}
HashMap是怎么解决哈希冲突的?
什么是哈希?
什么是哈希冲突?
HashMap的数据结构
DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4
(即2的四次方16)要远小于int类型的范围,所以我们如果只是单纯的用hashCode取余来获取对应的bucket这将会大大增加哈希碰撞的概率,并且最坏情况下还会将HashMap变成一个单链表,所以我们还需要对hashCode作一定的优化hash()函数
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);// 与自己右移16位进行异或运算(高低位异或)
}
总结
能否使用任何类作为 Map 的 key?
可以使用任何类作为 Map 的 key,然而在使用之前,需要考虑以下几点:
为什么HashMap中String、Integer这样的包装类适合作为K?
equals()
、hashCode()
等方法,遵守了HashMap内部的规范(不清楚可以去上面看看putValue的过程),不容易出现Hash值计算错误的情况;如果使用Object作为HashMap的Key,应该怎么办呢?
hashCode()
和equals()
方法hashCode()
是因为需要计算存储数据的存储位置,需要注意不要试图从散列码计算中排除掉一个对象的关键部分来提高性能,这样虽然能更快但可能会导致更多的Hash碰撞;equals()
方法,需要遵守自反性、对称性、传递性、一致性以及对于任何非null的引用值x,x.equals(null)必须返回false的这几个特性,目的是为了保证key在哈希表中的唯一性;HashMap为什么不直接使用hashCode()处理后的哈希值直接作为table的下标?
hashCode()
方法返回的是int整数类型,其范围为-(2 ^ 31)~(2 ^ 31 - 1),约有40亿个映射空间,而HashMap的容量范围是在16(初始化默认值)~2 ^ 30,HashMap通常情况下是取不到最大值的,并且设备上也难以提供这么多的存储空间,从而导致通过hashCode()
计算出的哈希值可能不在数组大小范围内,进而无法匹配存储位置;hash()
方法,通过两次扰动使得它自己的哈希值高低位自行进行异或运算,降低哈希碰撞概率也使得数据分布更平均;hash()
运算之后的值与运算(&)(数组长度 - 1)来获取数组下标的方式进行存储,这样一来是比取余操作更加有效率,二来也是因为只有当数组长度为2的幂次方时,h&(length-1)才等价于h%length,三来解决了“哈希值与数组大小范围不匹配”的问题;HashMap 的长度为什么是2的幂次方
HashMap 与 HashTable 有什么区别?
synchronized
修饰。(如果你要保证线程安全的话就使用 ConcurrentHashMap );什么是TreeMap 简介
如何决定使用 HashMap 还是 TreeMap?
HashMap 和 ConcurrentHashMap 的区别
ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的区别?
2、 JDK1.7的ConcurrentHashMap:
3、JDK1.8的ConcurrentHashMap(TreeBin: 红黑二叉树节点 Node: 链表节点):
ConcurrentHashMap 底层具体实现知道吗?实现原理是什么?
JDK1.7
JDK1.8
else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
if (casTabAt(tab, i, null, new Node(hash, key, value, null)))
break; // no lock when adding to empty bin
}
如果相应位置的Node不为空,且当前该节点不处于移动状态,则对该节点加synchronized锁,如果该节点的hash不小于0,则遍历链表更新节点或插入新节点;
if (fh >= 0) {
binCount = 1;
for (Node e = f;; ++binCount) {
K ek;
if (e.hash == hash &&
((ek = e.key) == key ||
(ek != null && key.equals(ek)))) {
oldVal = e.val;
if (!onlyIfAbsent)
e.val = value;
break;
}
Node pred = e;
if ((e = e.next) == null) {
pred.next = new Node(hash, key, value, null);
break;
}
}
}
辅助工具类
Array 和 ArrayList 有何区别?
对于基本类型数据,集合使用自动装箱来减少编码工作量。但是,当处理固定大小的基本数据类型的时候,这种方式相对比较慢。
如何实现 Array 和 List 之间的转换?
comparable 和 comparator的区别?
Collection 和 Collections 有什么区别?
TreeMap 和 TreeSet 在排序时如何比较元素?Collections 工具类中的 sort()方法如何比较元素?
?
Collection 和 Collections 有什么区别?
TreeMap 和 TreeSet 在排序时如何比较元素?Collections 工具类中的 sort()方法如何比较元素?