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背景
本文主要是记录在学习 Java集合框架过程中的一些知识点备忘！
20181218
1、List VS Set VS Map
- List:核心区别在于有序性，该接口存储一组不唯一（可以有多个元素引用相同的对象）、有序的对象
- Set:核心区别在于唯一性，该接口是不允许元素重复的集合，即不会有多个元素引用相同的对象
- Map:核心趋避在于键值对存储，搜索效率较高；Map会维护与Key有关联的值，两个Key可以引用相同的对象，但Key不能重复，典型的Key是String类型，也可以是任何对象
2、Arraylist VS LinkedList
Arraylist底层使用的是数组（=>存储、读取效率高，插入删除特定位置效率低【时间复杂度浸塑为O（n）】）；LinkedList底层使用的是双向循环链表数据结构（插入删除特定位置侠侣特别高【时间复杂度近似为O（1）】）
3、Arraylist VS Vector
Vector类所有方法均是同步的，多个线程可以安全地访问一个Vector对象，但是相比较而言的一个线程访问Vector时程序代码需要在同步操作室耗费大量的时间；而Arraylist不是同步的！
20181217
1、HashMap为什么是线程不安全的？
在多线程下，进行put操作可能会导致HashMap死循环问题，原因在于HashMap的扩容resize()方法；
这是由于扩容是新建一个数组，复制原数据到数组；又由于数组下标挂有链表，因此也需要复制链表，但是多线程操作可能导致出现环形链表，例如：
若2个线程同时扩容，比如线程1先将A复制到新的hash表中，然后接着复制B到链头,本来B.next = null到此也就结束了（跟线程2过程一样）；但是，由于线程2扩容的原因，将B.next = A,继续复制A，让A.next=B,由此出现B.next=A;A.next=B
（线程2：将0-A->B->NULL =》0-B->A->NULL，则线程1：0->B->A->B）
=》JDK1.8中已经解决了死循环问题(在resize方法中，声明两个引用地址，维护两个链表，依次在末端添加新元素，在多线程操作情况下，无非是第二个线程重复第一个线程一模一样的操作而已)，虽然多线程put操作不会导致死循环问题，但依然有其他的弊端如数据丢失等问题，因此多线程情况下还是应该使用ConcurrentHashMap
2、HashMap VS HashSet
HashSet底层是基于HashMap实现的，HashSet中的方法除了clone\writeObject\readObject方法外，其他方法都是直接调用HashMap中的方法的
- HashMap实现了Map接口，HashSet实现了Set接口
- HashMap存储键值对，HashSet仅存储对象
- HashMap调用put方法向map中添加元素，HashSet调用add方法向Set中添加元素
- HashMap使用键Key计算HashCode；HashSet使用成员对象来计算hashcode值
- HashMap相对于HashSet较快，因为它是使用唯一的键获取对象
3、ConcurrentHashMap VS Hashtable
二者的区别主要体现于线程安全的实现方式上不同
- 底层数据结构：JDK1.7中的ConcurrentHashMap底层采用分段的数组+链表实现，JDK1.8则采用的是跟HashMap1.8的结构一样，即数组+链表/红黑二叉树；Hashtable和JDK1.8之前的HashMap底层数据结构类似也是采用的数组+链表形式，数组是HashMap的主体，链表则主要是为了解决哈希冲突而存在的
- 实现线程安全的方式(重要)：（1）JDK1.7中，ConcurrentHashMap(分段锁)对整个桶数组进行分割分段（Segment），每一把锁只锁容器其中一部分数据，多线程访问容器里不同数据段的数据，就不会存在锁竞争，提高并发访问率（默认分配16个Segment，笔Hashtable效率提高16倍）；而在JDK1.8中则摒弃了Segment的概念，直接使用Node数组+链表+红黑树的数据结构来实现，并发控制使用synchronized和CAS来操作（JDK1.6以后对synchronized锁做了很多优化），整个看起来就像是优化过且线程安全的HashMap，尽管在DJK1.8中还能够看得到Segment的数据结构，但已经简化了属性只是为了兼容旧版本；（2）Hashtable(同一把锁)：使用synchronized来保证线程安全，效率非常低下；当一个线程访问同步方法时，其他线程也访问同步方法，可能会进入阻塞或轮询状态，如使用put添加元素，则另一个线程不能使用put添加元素也不能使用get，竞争会越来越激烈效率越低
4、ConcurrentHashMap线程安全的具体实现方式/底层实现原理
- JDK1.7：将数据分为一段一段的存储，然后给每一段数据配一把锁，当一个线程占用锁访问其中一个段数据时，其他段的数据也能被其他线程访问；
ConcurrentHashMap是由Segment数组结构和HashEntry数组结构组成；Segment实现了ReentrantLock,是一种可重入锁，扮演锁的角色；HashEntry用于存储键值对数据
一个ConcurrentHashMap中包含一个Segment数组，Segment的结构与HashMap类似，是一种数组和链表结构，一个Segment包含一个HashEntry数组，每个HashEntry是一个链表结构的元素，每个Segment守护着一个HashEntry数组里的元素，当对HashEntry数组的数据进行修改时，必须首先获得对应的Segment的锁
- JDK1.8:ConcurrentHashMap取消了Segment分段锁，采用CAS和synchronized来保证并发安全，数据结构跟HashMap1.8类似，数组+链表/红黑二叉树
synchronized只锁定当前链表或红黑二叉树的首节点，这样只要hash不冲突，就不会产生并发，效率又提升N倍
5、集合框架底层数据结构总结
- Collection
List:
(1)Arraylist:Object数组
(2)Vector:Object数组
(3)LinkedList:双向链表（JDK1.6之前为循环链表，JDK1.7取消了循环）
Set:
(1)HashSet（无序，唯一）：基于HashMap实现，底层采用HashMap来保存元素
(2)LinkedHashSet:继承于HashSet，且其内部是通过LinkedHashMap实现的
(3)TreeSet(有序，唯一)：红黑树（自平衡的排序二叉树）
-
Map
(1)HashMap:JDK1.8之前是由数组+链表组成，数组是其主体，链表主要是为了解决哈希冲突而存在的（拉链法解决冲突）；JDK1.8之后在解决哈希冲突时，增加了红黑树数据结构即当链表长度大于阈值（默认8）时，则会将链表转化为红黑树以减少搜索时间
(2)LinkedHashMap:继承于HashMap，底层仍然是基于拉链式散列结构即数组+链表/红黑树，在此基础之上增加了一条双向链表，使得该结构可以保持键值对的插入顺序，同时通过链表进行相应的操作，实现了访问顺序相关逻辑
(3)Hashtable:数据+链表组成，数组是其主体，链表则主要是为了解决哈希冲突而存在的
(4)TreeMap:红黑树（自平衡的排序二叉树）
20181216
1、ArrayList VS LinkedList
- 是否线程安全：二者均是不同步的，即不保证线程安全；
- 底层数据结构：ArrayList - Object数组，LinkedList - 双向链表数据结构（JDK1.6之前为循环链表，JDK1.7取消了循环，注意双向链表和双向循环链表的区别）
- 插入和删除是否受元素位置的影响：（1）数组，因此插入和删除元素的时间复杂度受元素位置的影响，近似为O(n);(2)链表，因此插入和删除元素的时间复杂度不受元素位置的影响，近似为O(1)
- 是否支持快速随机访问：LinkedList不支持高效的随机元素访问，而ArrayList支持，直接通过元素的序号快速获取元素对象
- 内存空间占用：ArrayList的空间浪费主要是list列表的结尾会预留一定的容量空间，而LinkedList的空间花费则体现在它的每一个元素都需要消耗比ArrayList更多的空间（因为要存放直接后继和直接前驱以及数据）
=>
- RandomAccess接口：该接口中无任何定义，因此只是一个标识，即标识实现这个接口的类具有随机访问功能！
- binarySearch()方法：该方法会判断传参List是否是RandomAccess的实例，若是则调用indexedBinarySearch方法，否则调用iteratorBinarySearch方法
=>
- ArrayList实现了RandomAccess接口，LinkedList没有实现；
- 数组天然支持随机访问，时间复杂度O(1),因此称为快速随机访问；链表需要遍历到特定位置才能访问特定位置的元素，时间复杂度为O(n)，所以不支持快速随机访问
- ArrayList是实现了RandomAccess接口，是表明了其具有快速随机访问功能，该接口仅是标识，并不是说ArrayList实现了该接口才具有快速随机访问功能的
=>
实现了RandomAccess接口的List，优先使用普通for循环，其次是foreach
未实现RandomAccess接口的List，优先选择iterator遍历(foreach遍历底层也是通过iterator实现的)，大size的List数据不要使用普通for循环
双向链表：也即双链表，是链表的一种，它的每个数据节点均有两个指针，分别指向直接后继和直接前驱；因此，从双向链表中的任意一个节点开始，均可以很方便地访问它的前驱节点和后继节点，一般都是构造双向循环链表，JDK1.6之前的LinkedList底层使用的就是双向循环链表
2、ArrayList VS Vector
- Vector类的所有方法均是同步的，两个线程可以安全地访问同一个Vector对象，但是一个线程访问Vector需要在同步操作上耗费大量的时间
- ArrayList不是同步的，不需要保证线程安全时建议使用ArrayList
3、HashMap的底层实现
- JDK1.8之前：
底层是“数组+链表”数据结构，即链表散列；
HashMap通过key的hashCode经过扰动函数处理过后得到hash值，然后通过(n-1)&hash判断当前元素存放的位置（n即数组的长度），如果当前位置存在元素的话则判断该元素与要存入的h元素的ash值以及key是否相同，如果相同的话则直接覆盖，否则不相同则通过拉链法解决冲突
扰动函数：也就是HashMap的hash方法，该方法即扰动函数主要是为了防止一些实现比较差的hashCode方法，以减少碰撞
hash方法源码：
//jdk1.8方法相较于jdk1.7更加简化，但是原理不变
static final int hash(Object key) {
int h;
// key.hashCode()：返回散列值也就是hashcode
// ^ ：按位异或
// >>>:无符号右移，忽略符号位，空位都以0补齐
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
//jdk1.7，该方法性能会稍差一点点，因为毕竟扰动了4次
static int hash(int h) {
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}
拉链法：将链表和数组相结合，即创建一个链表数组，数组中每一格都是一个链表，若遇到hash冲突则将冲突的值加到链表中即可
- JDK1.8之后
在JDK1.8中，对于解决哈希冲突有了较大的变化，当链表长度大于阈值（默认8），则会将链表转化为红黑树，以减少搜索时间
TreeMap、TreeSet以及JDK1.8之后的HashMap底层均用到红黑树，红黑树就是为了解决二叉查找树的缺陷，因为二叉查找树在某些情况下会退化成一个线性结构
- 《Java 8系列之重新认识HashMap》 ：https://zhuanlan.zhihu.com/p/21673805
4、HashMap VS HashTable
- 线程安全：HashMap非线程安全，HashTable线程安全；HashTable内部的方法基本都是经过synchronized修饰的（若需要保证线程安全的话，可以使用ConcurrentHashMap）
- 效率：由于线程安全的问题，HashTable的效率比HashMap低一点，且HashTable已经基本被淘汰，不要在代码中使用它
- 对Null key 和Null value的支持：HashMap中，null可以作为主键，这样的键只有一个，可以有一个或多个键所对应的值为null；但是在HashTable中put进的键值只要有一个null，则直接抛出NullPointerException
- 初始容量大小&每次扩充容量大小的不同：（1）创建时若未指定初始容量值，HashTable默认初始大小为11，每次扩充容量变为原来的2n+1;HashMap默认初始大小为16，每次扩充容量变为原来的2倍；（2）创建时若指定初始容量值，则HashTable会直接使用给定的大小，而HashMap会将其扩充为2的幂次方大小（HashMap中的tableSizeFor方法保证）
- 底层数据结构：JDK1.8以后的HashMap在解决哈希冲突时，当链表长度大于阈值（默认8），则会将链表转化为红黑树以减少搜索时间，而HashTable则没有这样的机制
5、HashMap的长度为什么是2的幂次方
为了能够让HashMap存取高效，尽量减少碰撞，也即要尽量把数据分配均匀！Hash值范围是-2147483648~2147483648，共约40亿映射空间，只要hash函数映射的比较均匀松散，一般很难出现碰撞，但是40亿长度的数组在内存中存放不下的，因此这个散列值是不能直接使用的
=>考虑先对数组的长度进行取模运算，计算的余数用来作为存放的位置也即数组下标，即数组下标的计算方法是“(n-1) & hash”，其中n为数组长度,这也就是为什么HashMap的长度是2的幂次方
=>为什么是2的幂次方？：：取模运算，首先就是采用%操作进行实现，=>"取余%操作中，在除数是2的幂次方时，等价于与其除数减一的与&操作，也即hash%length == hash&(length-1),,这个等价的前提就是length是2的n次方"
=>并且，在采用二进制位操作&，相对于%能够提高运算效率，这也是为什么HashMap的长度要是2的幂次方！
说明：本JavaGuide系列博客为来源于https://github.com/Snailclimb/JavaGuide
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