【JavaSE】Java(五十七)：核心要点总结

1. HashMap 的实现原理

HashMap 是一种基于哈希表的数据结构，它的实现原理简单来说就是将键值对存储在一个数组中，并通过哈希算法计算出每个键对应的下标。下面是 HashMap 实现原理的具体步骤：

• 初始化：创建一个长度为 n 的数组（初始默认长度为 16），该数组每个位置可存放一个链表；以及一个负载因子（load factor），用来表示哈希表允许填充的程度。

• 存储数据：通过哈希函数将每个键转化成一个唯一的、固定的索引（下标）位置，并将对应的键值对存储到哈希表中。如果发生哈希冲突（即多个键映射到了同一个位置），则会将这些键值对以链表的形式存储在这个位置上。当某个位置上的链表长度超过指定阈值（8）时，这个链表就会被转化成红黑树，并以红黑树的方式存储和管理。

• 扩容与重新哈希：当哈希表中的元素个数达到负载因子与数组长度的乘积时，哈希表就会触发扩容操作。扩容的本质是创建一个新的、长度为 2n 的数组，并将原有的键值对重新哈希到新的数组中。

• 计算哈希值：对于键是引用数据类型的情况，不同对象在内存中占据的位置不同，因此不同的对象可能会生成相同的 hashcode。为避免 key 的 hashcode 造成碰撞问题，HashMap 在处理 hashcode 值碰撞时，会再次根据 hashcode 进行比较，以确定正确的值。

HashMap 底层实现采用了数组、链表和红黑树等数据结构，并且通过哈希算法实现键值对的快速查找和增删操作。

2. Set 有哪些实现类

Set 是 Java 中的一种集合数据类型，它存储的元素是无序且不可重复的。Java 中提供了多种 Set 的实现类，并且每个实现类都有自己的特点和应用场景。下面列出几种常见的 Set 实现类：

• HashSet：基于哈希表实现，可以快速地查找、插入和删除元素，具有较高的性能。存储的元素是无序的，且由于使用哈希表作为底层数据结构，所以不保证元素的顺序一定不变。

• LinkedHashSet：基于哈希表和链表实现，具有 HashSet 的查询操作速度，并且内部使用链表维护了元素的顺序。因此，遍历该集合时会按添加顺序或访问顺序进行迭代。

• TreeSet：基于红黑树（一种自平衡二叉搜索树）实现，可以自动对元素进行排序，存储的元素是有序的。它还提供了一些用于操作有序集合（例如获取子集和范围查找）的方法。

• EnumSet：这是一个专门用于枚举类型的 Set 实现类，在 Java 5 中引入。该类具有非常好的性能和空间效率，它是通过一个位向量来表示 Set 中每个可能值的出现情况。

• CopyOnWriteArraySet：该类是线程安全的 Set 实现类，它通过对底层数组进行复制来实现并发修改。在读操作频繁、写操作较少的场景下，该类的性能表现较好。

选择 Set 的实现类应根据具体业务需求和使用场景，考虑性能、空间占用、数据排序等方面的因素。

3. HashSet 的实现原理

HashSet 是 Java 中 Set 接口的一个实现类，它基于哈希表（Hash Table）数据结构实现。具体来说，HashSet 底层维护了一个哈希表，用于存储集合中的元素。

以下是 HashSet 的实现原理：

创建 HashSet 实例时，会创建一个初始容量为16，并且负载因子为0.75的空的哈希表（数组），并根据默认的哈希算法计算每个元素在哈希表中的桶（bucket）位置。

往 HashSet 中添加元素时，会先对元素的 hashCode 值进行哈希计算，然后将元素加入到对应的桶中。如果哈希表中已经有元素占据了该桶，则采用链表或红黑树等数据结构，在该桶中维护这些元素。

当哈希表中的元素个数超过容量与负载因子的乘积时，就会触发扩容操作。此时，系统将会重新生成一个两倍大小的哈希表，同时将所有现有元素重新哈希分布到新表中，以保证哈希性质不变。

在查找 HashSet 中某个元素时，首先通过 hashCode 计算出该元素所在的桶，然后根据 .equals() 方法比较元素是否相同。如果多个元素都映射到了同一个桶，则遍历链表或红黑树等数据结构寻找目标元素。

HashSet 通过哈希表建立了 key-value 的映射关系，能够实现高效的查询、插入和删除操作。但由于哈希函数并不是唯一且完美的，所以可能会出现哈希冲突和扩容后的额外开销等问题。

4. 如何实现数组和List之间的转换

Java 中可以通过以下方法实现数组和 List 之间的转换：

1. 数组转 List

   // 使用 Arrays.asList 方法将数组转换为 List
   Integer[] arr = {1, 2, 3};
   List<Integer> list = Arrays.asList(arr);
   

注意：使用 asList 方法转换后返回的是一个固定长度的 List，不能进行 add、remove 等修改操作。如果需要对 List 进行修改，可以使用 ArrayList 等可变长度的 List 实现。

2. List 转数组

   // 使用 toArray 将 List 转换为数组
   List<Integer> list = new ArrayList<>();
   list.add(1);
   list.add(2);
   list.add(3);
   Integer[] arr = list.toArray(new Integer[list.size()]);
   

注意：需要将 List 的泛型类型作为参数传递给 toArray 方法，并将数组初始化为指定的长度，避免出现空指针异常。

除了上述方法，还可以使用 Java8 中引入的 Stream API 以及 Guava、Apache Commons 等第三方库中提供的工具类来实现数组和 List 之间的转换。

5. Java中的迭代器

Java 中的迭代器（Iterator）是一种用于遍历集合（Collection）元素的接口，它提供了 hasNext() 和 next() 两个方法，可以依次访问集合中的每个元素。

使用 Iterator 能够实现对集合的遍历和操作，而无需关心内部数据结构和实现细节。具体来说，可以通过以下步骤使用 Iterator 对集合进行迭代：

1. 获取集合的迭代器

   List<String> list = new ArrayList<>();
   Iterator<String> iterator = list.iterator();
   

2. 使用 while 循环遍历集合中的元素，直到 hasNext() 返回 false

   while (iterator.hasNext()) {
       String str = iterator.next();
       // 对当前元素进行操作
   }
   

3. 在循环中调用 next() 方法获取下一个元素，同时更新迭代器状态，直到所有元素都被遍历完毕。

由于 Iterator 可以遍历任何实现了 java.util.Collection 接口的集合类，因此可以方便地操作各种类型的集合。同时，Iterator 还提供了 remove() 方法，可以在遍历过程中删除集合中的特定元素。

需要注意的是，Iterator 遍历集合时，不支持并发修改（Concurrent Modification），即如果在遍历过程中对集合进行了增加、移除等操作，可能会导致抛出 ConcurrentModificationException 异常。为了避免这种情况，可以使用并发集合类（如 ConcurrentHashMap）或使用显示锁（如 ReentrantLock）等方式进行同步。