Java集合回顾

能不能和你竭尽全力奔跑 / 向着海平线 / 余晖消逝之前都不算终点

文章目录

  • 集合概述
    • Java 集合概览
    • List, Set, Queue, Map 四者的区别?
    • 集合框架底层数据结构总结
    • 如何选用集合?
    • 为什么要使用集合?
  • List
    • ArrayList 和 Array(数组)的区别?
    • ArrayList 可以添加 null 值吗?
    • ArrayList 插入和删除元素的时间复杂度?
    • LinkedList 插入和删除元素的时间复杂度?
    • LinkedList 为什么不能实现 RandomAccess 接口?
    • ArrayList 与 LinkedList 区别?
    • 双向链表和双向循环链表
  • Set
    • Comparable 和 Comparator 的区别
    • 无序性和不可重复性的含义是什么
    • 比较 HashSet、LinkedHashSet 和 TreeSet 三者的异同
  • Queue
    • Queue 与 Deque 的区别
    • ArrayDeque 与 LinkedList 的区别
    • 说一说 PriorityQueue
    • 什么是 BlockingQueue?
  • Map
    • HashMap 和 Hashtable 的区别
    • HashMap 和 HashSet 区别
    • HashMap 和 TreeMap 区别
    • HashSet 如何检查重复?
    • HashMap 的底层实现
    • HashMap 多线程操作导致死循环问题
    • HashMap 为什么线程不安全?
    • ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的区别
    • ConcurrentHashMap 线程安全的具体实现方式/底层具体实现
    • JDK 1.7 和 JDK 1.8 的 ConcurrentHashMap 实现有什么不同?
  • Collections 工具类
    • 排序操作
    • 查找,替换操作
    • 同步控制
  • 注意事项
    • 集合判空
    • 集合转 Map
    • 集合遍历
    • 集合去重
    • 集合转数组
    • 数组转集合




Java集合回顾_第1张图片


集合概述

Java 集合概览

Java 集合, 也叫作容器,主要是由两大接口派生而来:一个是 Collection接口,主要用于存放单一元素;另一个是 Map接口,主要用于存放键值对。对于Collection 接口,下面又有三个主要的子接口:List、Set 和 Queue。

Java 集合框架如下图所示:
Java集合回顾_第2张图片


List, Set, Queue, Map 四者的区别?

  • List(对付顺序的好帮手): 存储的元素是有序的、可重复的。
  • Set(注重独一无二的性质): 存储的元素是无序的、不可重复的。
  • Queue(实现排队功能的叫号机): 按特定的排队规则来确定先后顺序,存储的元素是有序的、可重复的。
  • Map(用 key 来搜索的专家): 使用键值对(key-value)存储,类似于数学上的函数 y=f(x),“x” 代表 key,“y” 代表 value,key 是无序的、不可重复的,value 是无序的、可重复的,每个键最多映射到一个值。

集合框架底层数据结构总结

List:

  • ArrayList: Object[] 数组
  • Vector: Object[] 数组
  • LinkedList: 双向链表(JDK1.6 之前为循环链表,JDK1.7 取消了循环)

Set:

  • HashSet(无序,唯一): 基于 HashMap 实现的,底层采用 HashMap 来保存元素
  • LinkedHashSet: LinkedHashSet 是 HashSet 的子类,并且其内部是通过 LinkedHashMap 来实现的
  • TreeSet(有序,唯一): 红黑树(自平衡的排序二叉树)

Queue:

  • PriorityQueue: Object[] 数组来实现二叉堆
  • ArrayQueue: Object[] 数组 + 双指针再来看看

Map:

  • MapHashMap: JDK1.8 之前 HashMap 由数组+链表组成的,数组是 HashMap 的主体,链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的(“拉链法”解决冲突)。(JDK1.8 以后在解决哈希冲突时有了较大的变化,当链表长度大于阈值(默认为 8)(将链表转换成红黑树前会判断,如果当前数组的长度小于 64,那么会选择先进行数组扩容,而不是转换为红黑树)时,将链表转化为红黑树,以减少搜索时间)
  • LinkedHashMap: LinkedHashMap 继承自 HashMap,所以它的底层仍然是基于拉链式散列结构即由数组和链表或红黑树组成。另外,LinkedHashMap 在上面结构的基础上,增加了一条双向链表,使得上面的结构可以保持键值对的插入顺序。同时通过对链表进行相应的操作,实现了访问顺序相关逻辑。
  • Hashtable: 数组+链表组成的,数组是 Hashtable 的主体,链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的
  • TreeMap: 红黑树(自平衡的排序二叉树)

如何选用集合?

  • 需要根据键值获取到元素值时就选用 Map 接口下的集合,需要排序时选择 TreeMap,不需要排序时就选择 HashMap,需要保证线程安全就选用 ConcurrentHashMap
  • 只需要存放元素值时,就选择实现Collection 接口的集合,需要保证元素唯一时选择实现 Set 接口的集合比如 TreeSet 或 HashSet,不需要就选择实现 List 接口的比如 ArrayList 或 LinkedList,然后再根据实现这些接口的集合的特点来选用。

为什么要使用集合?

当我们需要存储一组类型相同的数据时,数组是最常用且最基本的容器之一。但是,使用数组存储对象存在一些不足之处,因为在实际开发中,存储的数据类型多种多样且数量不确定。这时,Java 集合就派上用场了。

与数组相比,Java 集合提供了更灵活、更有效的方法来存储多个数据对象。Java 集合框架中的各种集合类和接口可以存储不同类型和数量的对象,同时还具有多样化的操作方式。

相较于数组,Java 集合的优势在于它们的大小可变、支持泛型、具有内建算法等。总的来说,Java 集合提高了数据的存储和处理灵活性,可以更好地适应现代软件开发中多样化的数据需求,并支持高质量的代码编写。




List

ArrayList 和 Array(数组)的区别?

  • ArrayList 内部基于动态数组实现,比 Array(静态数组) 使用起来更加灵活
  • ArrayList会根据实际存储的元素动态地扩容或缩容,而 Array 被创建之后就不能改变它的长度了。
  • ArrayList 允许你使用泛型来确保类型安全,Array 则不可以。
  • ArrayList 中只能存储对象。对于基本类型数据,需要使用其对应的包装类(如 Integer、Double 等)。Array 可以直接存储基本类型数据,也可以存储对象。
  • ArrayList 支持插入、删除、遍历等常见操作,并且提供了丰富的 API 操作方法,比如 add()、remove()等。Array 只是一个固定长度的数组,只能按照下标访问其中的元素,不具备动态添加、删除元素的能力。
  • ArrayList创建时不需要指定大小,而Array创建时必须指定大小。

ArrayList :

// 初始化一个 String 类型的 ArrayList
 ArrayList<String> stringList = new ArrayList<>(Arrays.asList("hello", "world", "!"));
// 添加元素到 ArrayList 中
 stringList.add("goodbye");
 System.out.println(stringList);// [hello, world, !, goodbye]
 // 修改 ArrayList 中的元素
 stringList.set(0, "hi");
 System.out.println(stringList);// [hi, world, !, goodbye]
 // 删除 ArrayList 中的元素
 stringList.remove(0);
 System.out.println(stringList); // [world, !, goodbye]

Array:

 // 初始化一个 String 类型的数组
 String[] stringArr = new String[]{"hello", "world", "!"};
 // 修改数组元素的值
 stringArr[0] = "goodbye";
 System.out.println(Arrays.toString(stringArr));// [goodbye, world, !]
 // 删除数组中的元素,需要手动移动后面的元素
 for (int i = 0; i < stringArr.length - 1; i++) {
     stringArr[i] = stringArr[i + 1];
 }
 stringArr[stringArr.length - 1] = null;
 System.out.println(Arrays.toString(stringArr));// [world, !, null]

ArrayList 可以添加 null 值吗?

ArrayList可以存储任何类型的对象,包括 null 值。不过,不建议向ArrayList 中添加 null 值, null 值无意义,会让代码难以维护比如忘记做判空处理就会导致空指针异常

ArrayList 插入和删除元素的时间复杂度?

对于插入:

  • 头部插入: 由于需要将所有元素都依次向后移动一个位置,因此时间复杂度是 O(n)。
  • 尾部插入: 当 ArrayList 的容量未达到极限时,往列表末尾插入元素的时间复杂度是 O(1),因为它只需要在数组末尾添加一个元素即可;当容量已达到极限并且需要扩容时,则需要执行一次 O(n) 的操作将原数组复制到新的更大的数组中,然后再执行 O(1) 的操作添加元素。
  • 指定位置插入: 需要将目标位置之后的所有元素都向后移动一个位置,然后再把新元素放入指定位置。这个过程需要移动平均 n/2 个元素,因此时间复杂度为 O(n)。

对于删除:

  • 头部删除: 由于需要将所有元素依次向前移动一个位置,因此时间复杂度是 O(n)。
  • 尾部删除: 当删除的元素位于列表末尾时,时间复杂度为 O(1)。
  • 指定位置删除: 需要将目标元素之后的所有元素向前移动一个位置以填补被删除的空白位置,因此需要移动平均 n/2 个元素,时间复杂度为 O(n)。

LinkedList 插入和删除元素的时间复杂度?

  • 头部插入/删除: 只需要修改头结点的指针即可完成插入/删除操作,因此时间复杂度为 O(1)。
  • 尾部插入/删除: 只需要修改尾结点的指针即可完成插入/删除操作,因此时间复杂度为 O(1)。
  • 指定位置插入/删除: 需要先移动到指定位置,再修改指定节点的指针完成插入/删除,因此需要移动平均 n/2 个元素,时间复杂度为 O(n)。

LinkedList 为什么不能实现 RandomAccess 接口?

RandomAccess 是一个标记接口,用来表明实现该接口的类支持随机访问(即可以通过索引快速访问元素)。由于 LinkedList 底层数据结构是链表,内存地址不连续,只能通过指针来定位,不支持随机快速访问,所以不能实现 RandomAccess 接口。

ArrayList 与 LinkedList 区别?

  • 是否保证线程安全: ArrayList 和 LinkedList 都是不同步的,也就是不保证线程安全;
  • 底层数据结构: ArrayList 底层使用的是 Object 数组;LinkedList 底层使用的是 双向链表 数据结构(JDK1.6 之前为循环链表,JDK1.7 取消了循环。)
  • 插入和删除是否受元素位置的影响:
    • ArrayList 采用数组存储,所以插入和删除元素的时间复杂度受元素位置的影响。
    • LinkedList 采用链表存储,所以在头尾插入或者删除元素不受元素位置的影响。
  • 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(实现了 RandomAccess 接口) 支持。快速随机访问就是通过元素的序号快速获取元素对象(对应于get(int index)方法)。
  • 内存空间占用: ArrayList 的空间浪费主要体现在在 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)。

双向链表和双向循环链表

双向链表: 包含两个指针,一个 prev 指向前一个节点,一个 next 指向后一个节点。

Java集合回顾_第3张图片

双向循环链表: 最后一个节点的 next 指向 head,而 head 的 prev 指向最后一个节点,构成一个环。

Java集合回顾_第4张图片





Set

Comparable 和 Comparator 的区别

Comparable 接口Comparator 接口 都是 Java 中用于排序的接口,它们在实现类对象之间比较大小、排序等方面发挥了重要作用:

  • Comparable 接口 实际上是出自 java.lang包 它有一个 compareTo(Object obj)方法 用来排序
  • Comparator接口 实际上是出自 java.util 包 它有一个compare(Object obj1, Object obj2)方法 用来排序

一般我们需要对一个集合使用自定义排序时,我们就要重写compareTo()方法或compare()方法,当我们需要对某一个集合实现两种排序方式

重写 compareTo 方法实现按年龄来排序:

// person对象没有实现Comparable接口,所以必须实现,这样才不会出错,才可以使treemap中的数据按顺序排列
// 前面一个例子的String类已经默认实现了Comparable接口,详细可以查看String类的API文档,另外其他
// 像Integer类等都已经实现了Comparable接口,所以不需要另外实现了
public  class Person implements Comparable<Person> {
    private String name;
    private int age;

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

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    /**
     * T重写compareTo方法实现按年龄来排序
     */
    @Override
    public int compareTo(Person o) {
        if (this.age > o.getAge()) {
            return 1;
        }
        if (this.age < o.getAge()) {
            return -1;
        }
        return 0;
    }
}
    public static void main(String[] args) {
        TreeMap<Person, String> pdata = new TreeMap<Person, String>();
        pdata.put(new Person("张三", 30), "zhangsan");
        pdata.put(new Person("李四", 20), "lisi");
        pdata.put(new Person("王五", 10), "wangwu");
        pdata.put(new Person("小红", 5), "xiaohong");
        // 得到key的值的同时得到key所对应的值
        Set<Person> keys = pdata.keySet();
        for (Person key : keys) {
            System.out.println(key.getAge() + "-" + key.getName());

        }
    }

// => 
// 5-小红
// 10-王五
// 20-李四
// 30-张三

无序性和不可重复性的含义是什么

  • 无序性不等于随机性 ,无序性是指存储的数据在底层数组中并非按照数组索引的顺序添加 ,而是根据数据的哈希值决定的。
  • 不可重复性是指添加的元素按照 equals() 判断时 ,返回 false,需要同时重写 equals() 方法和 hashCode() 方法。

比较 HashSet、LinkedHashSet 和 TreeSet 三者的异同

  • HashSet、LinkedHashSet 和 TreeSet 都是 Set 接口的实现类,都能保证元素唯一,并且都不是线程安全的。
  • HashSet、LinkedHashSet 和 TreeSet 的主要区别在于底层数据结构不同。
    • HashSet 的底层数据结构是哈希表(基于 HashMap 实现)。
    • LinkedHashSet 的底层数据结构是链表和哈希表,元素的插入和取出顺序满足 FIFO。
    • TreeSet 底层数据结构是红黑树,元素是有序的,排序的方式有自然排序和定制排序。
  • 底层数据结构不同又导致这三者的应用场景不同。
    • HashSet 用于不需要保证元素插入和取出顺序的场景。
    • LinkedHashSet 用于保证元素的插入和取出顺序满足 FIFO 的场景。
    • TreeSet 用于支持对元素自定义排序规则的场景。



Queue

Queue 与 Deque 的区别

Queue:

  • Queue 是单端队列,只能从一端插入元素,另一端删除元素,实现上一般遵循 先进先出(FIFO) 规则。
  • Queue 扩展了 Collection 的接口,根据 因为容量问题而导致操作失败后处理方式的不同 可以分为两类方法: 一种在操作失败后会抛出异常,另一种则会返回特殊值。

Deque:

  • Deque 是双端队列,在队列的两端均可以插入或删除元素。
  • Deque 扩展了 Queue 的接口, 增加了在队首和队尾进行插入和删除的方法,同样根据失败后处理方式的不同分为两类:

ArrayDeque 与 LinkedList 的区别

  • ArrayDeque 和 LinkedList 都实现了 Deque 接口,两者都具有队列的功能。
  • ArrayDeque 是基于可变长的数组和双指针来实现,而 LinkedList 则通过链表来实现。
  • ArrayDeque 不支持存储 NULL 数据,但 LinkedList 支持。
  • ArrayDeque 是在 JDK1.6 才被引入的,而LinkedList 早在 JDK1.2 时就已经存在。
  • ArrayDeque 插入时可能存在扩容过程, 不过均摊后的插入操作依然为 O(1)。虽然 LinkedList 不需要扩容,但是每次插入数据时均需要申请新的堆空间,均摊性能相比更慢。

从性能的角度上,选用 ArrayDeque 来实现队列要比 LinkedList 更好。此外,ArrayDeque 也可以用于实现栈。

说一说 PriorityQueue

PriorityQueue 是在 JDK1.5 中被引入的, 其与 Queue 的区别在于元素出队顺序是与优先级相关的,即总是优先级最高的元素先出队。

  • PriorityQueue 利用了二叉堆的数据结构来实现的,底层使用可变长的数组来存储数据
  • PriorityQueue 通过堆元素的上浮和下沉,实现了在 O(logn) 的时间复杂度内插入元素和删除堆顶元素。
  • PriorityQueue 是非线程安全的,且不支持存储 NULL 和 non-comparable 的对象。
  • PriorityQueue 默认是小顶堆,但可以接收一个 Comparator 作为构造参数,从而来自定义元素优先级的先后。

PriorityQueue 在面试中可能更多的会出现在手撕算法的时候,典型例题包括堆排序、求第 K 大的数、带权图的遍历等,所以需要会熟练使用才行。

什么是 BlockingQueue?

BlockingQueue (阻塞队列) 是一个接口,继承自 Queue。BlockingQueue阻塞的原因是其支持当队列没有元素时一直阻塞,直到有有元素;还支持如果队列已满,一直等到队列可以放入新元素时再放入。

BlockingQueue 常用于生产者-消费者模型中,生产者线程会向队列中添加数据,而消费者线程会从队列中取出数据进行处理。
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Map

HashMap 和 Hashtable 的区别

  • 线程是否安全: HashMap 是非线程安全的,Hashtable 是线程安全的,因为 Hashtable 内部的方法基本都经过synchronized 修饰。
  • 效率: 因为线程安全的问题,HashMap 要比 Hashtable 效率高一点。另外,Hashtable 基本被淘汰,不要在代码中使用它;
  • 对 Null key 和 Null value 的支持: HashMap 可以存储 null 的 key 和 value,但 null 作为键只能有一个,null 作为值可以有多个;Hashtable 不允许有 null 键和 null 值,否则会抛出 NullPointerException。
  • 初始容量大小和每次扩充容量大小的不同:
    • ① 创建时如果不指定容量初始值,Hashtable 默认的初始大小为 11,之后每次扩充,容量变为原来的 2n+1。HashMap 默认的初始化大小为 16。之后每次扩充,容量变为原来的 2 倍。
    • ② 创建时如果给定了容量初始值,那么 Hashtable 会直接使用你给定的大小,而 HashMap 会将其扩充为 2 的幂次方大小。
  • 底层数据结构: JDK1.8 以后的 HashMap 在解决哈希冲突时有了较大的变化,当链表长度大于阈值(默认为 8)时,将链表转化为红黑树(将链表转换成红黑树前会判断,如果当前数组的长度小于 64,那么会选择先进行数组扩容,而不是转换为红黑树),以减少搜索时间。Hashtable 没有这样的机制。

HashMap 和 HashSet 区别

HashSet 底层就是基于 HashMap 实现的。(HashSet 的源码非常非常少,因为除了 clone()、writeObject()、readObject()是 HashSet 自己不得不实现之外,其他方法都是直接调用 HashMap 中的方法。


HashMap 和 TreeMap 区别

TreeMap 和HashMap 都继承自AbstractMap ,但是需要注意的是TreeMap它还实现了NavigableMap接口和SortedMap 接口。
Java集合回顾_第6张图片

  • 实现 NavigableMap 接口让 TreeMap 有了对集合内元素的搜索的能力。
  • 实现SortedMap接口让 TreeMap 有了对集合中的元素根据键排序的能力。默认是按 key 的升序排序,不过我们也可以指定排序的比较器。
  • 相比于HashMap来说 TreeMap 主要多了对集合中的元素根据键排序的能力以及对集合内元素的搜索的能力。

HashSet 如何检查重复?

当你把对象加入HashSet时,HashSet 会先计算对象的hashcode值来判断对象加入的位置,同时也会与其他加入的对象的 hashcode 值作比较,如果没有相符的 hashcode,HashSet 会假设对象没有重复出现。但是如果发现有相同 hashcode 值的对象,这时会调用equals()方法来检查 hashcode 相等的对象是否真的相同。如果两者相同,HashSet 就不会让加入操作成功。
——《Head first java》第二版

在 JDK1.8 中,实际上无论HashSet中是否已经存在了某元素,HashSet都会直接插入,只是会在add()方法的返回值处告诉我们插入前是否存在相同元素。


HashMap 的底层实现

JDK1.8 之前 HashMap 底层是 数组和链表 结合在一起使用也就是 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(这里的 n 指的是数组的长度),如果当前位置存在元素的话,就判断该元素与要存入的元素的 hash 值以及 key 是否相同,如果相同的话,直接覆盖,不相同就通过拉链法解决冲突。

JDK1.8 之后在解决哈希冲突时有了较大的变化,当链表长度大于阈值(默认为 8)(将链表转换成红黑树前会判断,如果当前数组的长度小于 64,那么会选择先进行数组扩容,而不是转换为红黑树)时,将链表转化为红黑树,以减少搜索时间。

HashMap 多线程操作导致死循环问题

  • JDK1.7 及之前版本的 HashMap 在多线程环境下扩容操作可能存在死循环问题,这是由于当一个桶位中有多个元素需要进行扩容时,多个线程同时对链表进行操作,头插法可能会导致链表中的节点指向错误的位置,从而形成一个环形链表,进而使得查询元素的操作陷入死循环无法结束。
  • 为了解决这个问题,JDK1.8 版本的 HashMap 采用了尾插法而不是头插法来避免链表倒置,使得插入的节点永远都是放在链表的末尾,避免了链表中的环形结构。
  • 但是还是不建议在多线程下使用 HashMap,因为多线程下使用 HashMap 还是会存在数据覆盖的问题。并发环境下,推荐使用 ConcurrentHashMap

HashMap 为什么线程不安全?

  • JDK1.7 及之前版本,在多线程环境下,HashMap 扩容时会造成死循环和数据丢失的问题。
  • JDK 1.8 后,在 HashMap 中,多个键值对可能会被分配到同一个桶(bucket),并以链表或红黑树的形式存储。多个线程对 HashMap 的 put 操作会导致线程不安全,具体来说会有数据覆盖的风险。

ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的区别

底层数据结构:

  • JDK1.7 的 ConcurrentHashMap 底层采用 分段的数组+链表 实现,JDK1.8 采用的数据结构跟 HashMap1.8 的结构一样,数组+链表/红黑二叉树。
  • Hashtable 和 JDK1.8 之前的 HashMap 的底层数据结构类似都是采用 数组+链表 的形式,数组是 HashMap 的主体,链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的;

实现线程安全的方式(重要):

  • 在 JDK1.7 的时候,ConcurrentHashMap 对整个桶数组进行了分割分段(Segment,分段锁),每一把锁只锁容器其中一部分数据(下面有示意图),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。
  • 到了 JDK1.8 的时候,ConcurrentHashMap 已经摒弃了 Segment 的概念,而是直接用 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。
  • 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,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。

ConcurrentHashMap 线程安全的具体实现方式/底层具体实现

JDK1.8 之前:
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首先将数据分为一段一段(这个“段”就是 Segment)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。


JDK1.8 之后:
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  • ConcurrentHashMap 取消了 Segment 分段锁,采用 Node + CAS + synchronized 来保证并发安全。
  • 数据结构跟 HashMap 1.8 的结构类似,数组+链表/红黑二叉树。Java 8 在链表长度超过一定阈值(8)时将链表(寻址时间复杂度为 O(N))转换为红黑树(寻址时间复杂度为 O(log(N)))。
  • Java 8 中,锁粒度更细,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,就不会影响其他 Node 的读写,效率大幅提升。

JDK 1.7 和 JDK 1.8 的 ConcurrentHashMap 实现有什么不同?

  • 线程安全实现方式: JDK 1.7 采用 Segment 分段锁来保证安全, Segment 是继承自 ReentrantLock。JDK1.8 放弃了 Segment 分段锁的设计,采用 Node + CAS + synchronized 保证线程安全,锁粒度更细,synchronized 只锁定当前链表或红黑二叉树的首节点。
  • Hash 碰撞解决方法 : JDK 1.7 采用拉链法,JDK1.8 采用拉链法结合红黑树(链表长度超过一定阈值时,将链表转换为红黑树)。
  • 并发度: JDK 1.7 最大并发度是 Segment 的个数,默认是 16。JDK 1.8 最大并发度是 Node 数组的大小,并发度更大。



Collections 工具类

排序操作

void reverse(List list)//反转
void shuffle(List list)//随机排序
void sort(List list)//按自然排序的升序排序
void sort(List list, Comparator c)//定制排序,由Comparator控制排序逻辑
void swap(List list, int i , int j)//交换两个索引位置的元素
void rotate(List list, int distance)//旋转。当distance为正数时,将list后distance个元素整体移到前面。当distance为负数时,将 list的前distance个元素整体移到后面

查找,替换操作

int binarySearch(List list, Object key)//对List进行二分查找,返回索引,注意List必须是有序的
int max(Collection coll)//根据元素的自然顺序,返回最大的元素。 类比int min(Collection coll)
int max(Collection coll, Comparator c)//根据定制排序,返回最大元素,排序规则由Comparatator类控制。类比int min(Collection coll, Comparator c)
void fill(List list, Object obj)//用指定的元素代替指定list中的所有元素
int frequency(Collection c, Object o)//统计元素出现次数
int indexOfSubList(List list, List target)//统计target在list中第一次出现的索引,找不到则返回-1,类比int lastIndexOfSubList(List source, list target)
boolean replaceAll(List list, Object oldVal, Object newVal)//用新元素替换旧元素

同步控制

Collections 提供了多个synchronizedXxx()方法·,该方法可以将指定集合包装成线程同步的集合,从而解决多线程并发访问集合时的线程安全问题。

最好不要用下面这些方法,效率非常低,需要线程安全的集合类型时请考虑使用 JUC 包下的并发集合。

void reverse(List list)//反转
void shuffle(List list)//随机排序
void sort(List list)//按自然排序的升序排序
void sort(List list, Comparator c)//定制排序,由Comparator控制排序逻辑
void swap(List list, int i , int j)//交换两个索引位置的元素
void rotate(List list, int distance)//旋转。当distance为正数时,将list后distance个元素整体移到前面。当distance为负数时,将 list的前distance个元素整体移到后面



注意事项

集合判空

判断所有集合内部的元素是否为空,使用 isEmpty() 方法,而不是 size()==0 的方式。

这是因为 isEmpty() 方法的可读性更好,并且时间复杂度为 O(1)。

绝大部分我们使用的集合的 size() 方法的时间复杂度也是 O(1),不过,也有很多复杂度不是 O(1) 的,比如 java.util.concurrent 包下的某些集合(ConcurrentLinkedQueue、ConcurrentHashMap…)。


集合转 Map

在使用 java.util.stream.Collectors 类的 toMap() 方法转为 Map 集合时,一定要注意当 value 为 null 时会抛 NPE 异常。

首先,我们来看 java.util.stream.Collectors 类的 toMap() 方法 ,可以看到其内部调用了 Map 接口的 merge() 方法。

merge() 方法会先调用 Objects.requireNonNull() 方法判断 value 是否为空。


集合遍历

不要在 foreach 循环里进行元素的 remove/add 操作。remove 元素请使用 Iterator 方式,如果并发操作,需要对 Iterator 对象加锁。

通过反编译你会发现 foreach 语法底层其实还是依赖 Iterator 。不过, remove/add 操作直接调用的是集合自己的方法,而不是 Iterator 的 remove/add方法

这就导致 Iterator 莫名其妙地发现自己有元素被 remove/add ,然后,它就会抛出一个 ConcurrentModificationException 来提示用户发生了并发修改异常。这就是单线程状态下产生的 fail-fast 机制。

fail-fast 机制:多个线程对 fail-fast 集合进行修改的时候,可能会抛出ConcurrentModificationException。 即使是单线程下也有可能会出现这种情况


集合去重

可以利用 Set 元素唯一的特性,可以快速对一个集合进行去重操作,避免使用 List 的 contains() 进行遍历去重或者判断包含操作。

这里我们以 HashSet 和 ArrayList 为例说明。

// Set 去重代码示例
public static <T> Set<T> removeDuplicateBySet(List<T> data) {

    if (CollectionUtils.isEmpty(data)) {
        return new HashSet<>();
    }
    return new HashSet<>(data);
}

// List 去重代码示例
public static <T> List<T> removeDuplicateByList(List<T> data) {

    if (CollectionUtils.isEmpty(data)) {
        return new ArrayList<>();

    }
    List<T> result = new ArrayList<>(data.size());
    for (T current : data) {
        if (!result.contains(current)) {
            result.add(current);
        }
    }
    return result;
}

集合转数组

使用集合转数组的方法,必须使用集合的 toArray(T[] array),传入的是类型完全一致、长度为 0 的空数组。

toArray(T[] array) 方法的参数是一个泛型数组,如果 toArray 方法中没有传递任何参数的话返回的是 Object类 型数组。

String [] s= new String[]{
    "dog", "lazy", "a", "over", "jumps", "fox", "brown", "quick", "A"
};
List<String> list = Arrays.asList(s);
Collections.reverse(list);
//没有指定类型的话会报错
s=list.toArray(new String[0]);

数组转集合

使用工具类 Arrays.asList() 把数组转换成集合时,不能使用其修改集合相关的方法, 它的 add/remove/clear 方法会抛出 UnsupportedOperationException 异常。

Arrays.asList()在平时开发中还是比较常见的,我们可以使用它将一个数组转换为一个 List 集合。

String[] myArray = {"Apple", "Banana", "Orange"};
List<String> myList = Arrays.asList(myArray);
//上面两个语句等价于下面一条语句
List<String> myList = Arrays.asList("Apple","Banana", "Orange");
  • Arrays.asList()是泛型方法,传递的数组必须是对象数组,而不是基本类型。
  • 使用集合的修改方法: add()、remove()、clear()会抛出异常。


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