《java核心卷Ⅰ》—— Set集合类、Map集合

  各位小伙伴们大家好，欢迎来到这个小扎扎的《Java核心技术 卷Ⅰ》笔记专栏，在这个系列专栏中我将记录浅学这本书所得收获，鉴于 看到就是学到、学到就是赚到 精神，这波简直就是血赚

  与list集合相类似的是，我们将实现了Set接口的类称为是Set集合类，Set集合类中元素存储有一个与List集合类正好相反的特点：无序、不可重复，Set接口常用的有三个实现类：HashSet、LinkedHashSet和TreeSet

如何理解Set集合的无序不可重复?

  无序性指的是每次新增的元素，都根据元素的哈希值向set中进行存储，而非按照元素新增的顺序从左到右向set集合依次存入。

  不可重复性指的是Set中新增的元素不会与已有的元素重复，判断是否重复的标准是：先使用hashCode方法获取元素的哈希值找到新元素的位置，如果结该位置已经有元素的话，再判断哈希值是否相等，如果还相等的话再使用equals()方法判断，如果还相等的话就说明说明该元素已经存在，不可添加进set

  以上述不可重复性的判断标准，引用数据类型元素判断是否已重复的依据就是引用地址，因为hashCode()和equals()在未重写之前就是根据引用数据类型地址进行哈希值计算和判等，就算是属性相等的自定义类对象，依旧会被set集合认定为非重复元素。
  于是想要属性相等的自定义类对象不再添加到set集合的话，就要重写自定义类的hashCode()和equals()方法

Map集合类

  首先，HashSet的底层实现就是直接使用了HashMap，所以可以借助Set的知识来学习Map集合
  Map集合相对于单列集合Collection而言是一种双列集合，也就是说Map集合中的所有元素都是成对出现的，一般存储的都是KV键值对的形式；尽管如此，实际上Map存储元素使用的是Entry，KV是Entry中的两个属性。Map集合主要有以下实现类：HashMap、LinkedHashMap、TreeMap、Hashtable、Properties，他们的关系如下图所示

Map集合类之间的区别

  相同点：都直接或间接实现了Map接口，所以它们存储数据的特点都一致，那就是键值对形式、无序、不可重复。

  HashMap与Hashtable： HashMap是新类线程不安全的但是效率高，Hashtable是老类线程安全的但是效率低。除此之外，HashMap的KV都可以存储null，但是Hashtable都不能存储null，否则就会抛出NullPointerException异常。
  HashMap与LinkedHashMap： 只有一点区别，那就是LinkedHashMap因为使用了双向链表的前后元素指向
，所以可以实现按照元素的添加顺序遍历集合元素。
  TreeMap： 底层使用红黑树，可以实现对集合元素进行排序，具体的排序规则可以参考TreeSet的自然排序和定制排序的设置方法
  Properties： 是Hashtable的子类，它的KV都是String类型，常用于处理配置文件

HashSet类、HashMap类数据结构及源码浅析

  由上图源码可知，HashSet底层使用的就是HashMap，HashSet新增元素就是把元素作为键向底层的HashMap新增一个元素。所以要知道HashSet的底层原理就要知道HashMap。
  HashMap的源码在jdk 7和jdk 8之间还是有些设计上的不同的，接下来就通过对两个版本的分析来体会不同点，并思考一下jdk 8改变设计的原因
jdk 7


  使用无参构造实例化HashMap对象的时候，底层调用默认初始化容量是16、默认加载因子是0.75有参构造器进行实例化。有参构造器首先判断初始容量是否小于零，小于零抛出异常；然后判断初始容量是否大于定义的最大容量，大于将初始容量赋值为定义的最大容量；再判断加载因子是否小于等于0或者为nan，满足则抛出异常。然后使用while循环左移运算(左移一次相当于乘2一回)找到数组的长度，接着通过min(数组的长度乘以加载因子和定义的最大容量+1)得到数组长度临界值threshold(作为后面扩容的依据)，最后创建出来Entry数组。

  使用put()方法新增元素的时候，先判断key是null的话直接新增或者value替换，然后调用hash()计算key的哈希值，此哈希值经过某种算法indexFor(哈希与length-1进行与运算)计算得到在Entry数组中的存放位置，如果此位置上的数据为空直接添加成到此位置。如果此位置上的数据不为空，使用for循环判断新元素key与链表上的所有元素key的哈希值和equals是否都相等，都相等的话将value进行替换。都不相等的话也添加新元素。

  添加新元素的时候，先判断是否需要扩容，也就是判断当前位置没有元素并且当前数组元素大于等于数组长度临界值threshold，如果满足的话就将数组长度扩容为原来的2倍，然后重新计算链表在新数组上的存放位置。最后再将新元素作为头元素放到该位置上的链表中，也就是createEntry方法中的先取出数组中该位置上链表的头元素，然后将新元素的下一个节点指向原链表形成新链表，然后将新链表放到数组的该位置上

jdk 8

  使用无参构造实例化HashMap对象的时候，底层只有一个默认加载因子是0.75的赋值操作，也就是说没有涉及到任何的数组创建。

  使用put()方法新增元素的时候， 先判断tab数组是否为null或者长度为0，如果是的话就执行resize()方法进行扩容扩容过程下面讲。然后经过某种算法(哈希与length-1进行与运算)计算得到在Node数组中的存放位置，如果此位置上的数据为空直接添加成到此位置，否则的话判断新元素key与链表上头元素key的哈希值和equals是否都相等，相等value替换，不等且链表不为红黑树循环对比链表中剩余元素，找到替换找不到新增。每次新增之前都判断是否超过数组长度临界值(是否需要扩容)，每次在链表上新增之后都判断链表长度是否超过8且数组长度是否超过64，超过就将链表转换为红黑树存储。

  使用resize()方法进行扩容的时候，分为两种原数组长度为零且原加载因子为0和原数组长度非零且原加载因子非0。第一种原数组长度为零且原加载因子为0即初次执行put操作，经过if和else if最终进入else里，新数组赋值默认初始化容量是16，计算新数组长度临界值即默认初始化容量是16乘以默认加载因子是0.75，依次创建新数组。第二种则是通过左移运算将长度扩容为原来的2倍。

当新增一个数组之后大于数组长度时，list才会进行扩容（原长度加上右移一位，也就是原长度的1.5倍）；而map在超过数组长度临界值时就会扩容(直接2倍)，这样做是为了避免数组中的链表过多，也就是说同一位置上的元素尽可能多一些形成树形存储，而数组长度临界值=默认初始化容量是16乘以默认加载因子是0.75，于是可以通过减小加载因子，从而增大数组的扩容频率，提高map中数据的读取效率

LinkedHashSet类、LinkedHashMap类源码浅析

  与上面一样，LinkedHashSet底层使用的就是LinkedHashMap，要知道LinkedHashSet的底层原理就要知道LinkedHashMap

  LinkedHashMap的所有方法都是使用super()继承自父类，也就是HashMap，但是LinkedHashSet却可以按照元素的添加顺序输出，原因是LinkedHashMap使用的Entry在继承Node的基础上又添加了before和after属性，这样既可以知道同一位置链表上的下一个元素(next)，还可以知道元素添加前后元素(before、after)从而可以按照元素的添加顺序输出

TreeSet类、TreeMap类源码浅析

  与上面一样，TreeSet底层使用的就是TreeMap，要知道TreeSet的底层原理就要知道TreeMap

  TreeMap的key必须是同一类型的数据，因为TreeMap会根据key进行排序输出，如果是不同类型的元素会报ClassCastException，排序方式可以分为自然排序和定制排序

自然排序

  自然排序就是自定义类实现Comparable接口，然后重写compareTo方法，在该方法中定义排序规则。如果compareTo方法的返回值为0的话，TreeSet就会认为该元素为重复元素，重复元素不可添加进数组里。

@Data
public class Student implements Comparable{

    private String name;
    private int age;

    @Override
    public int compareTo(Object o) {
        if (o instanceof Student){
            Student student = (Student) o;
            int compare = this.name.compareTo(student.name);
            if (compare != 0) {
				return compare;
			} else {
				return Integer.compare(this.age, student.age);
			}
        }else {
            throw new RuntimeException("输入的格式有误");
        }
    }
}

public class TestFour {
    public static void main(String[] args) {
        Set set = new TreeSet();
 
        Student stu = new Student("Tom",20);
        Student stu1 = new Student("Jerry",20);
        Student stu2 = new Student("Mary",23);
        Student stu3 = new Student("June",21);
 
        set.add(stu);
        set.add(stu1);
        set.add(stu2);
        set.add(stu3);
 
        for (Object o : set) {
            System.out.println(o);
        }
    }
}

定制排序

  定制排序是新建一个Comparator对象作为TreeSet对象实例化的参数，重写compare方法，在该方法中定义排序规则。如果compareTo方法的返回值为0的话，TreeSet就会认为该元素为重复元素，重复元素不可添加进数组里。

@Data
public class Student{

    private String name;
    private int age;

}

public class TestFour {
    public static void main(String[] args) {
        Set set = new TreeSet(new Comparator(){
            @Override
            public int compare(Object o1, Object o2) {
                Student stu1 = (Student)o1;
                Student stu2 = (Student)o2;
                int result = stu2.getStuAge() - stu1.getStuAge(); 
                if(result == 0){
                    result = stu2.getStuName().compareTo(stu1.getStuName());
                }
                return result;
            }
        });
 
        Student stu = new Student("Tom",20);
        Student stu1 = new Student("Jerry",20);
        Student stu2 = new Student("Mary",23);
        Student stu3 = new Student("June",21);
 
        set.add(stu);
        set.add(stu1);
        set.add(stu2);
        set.add(stu3);
 
        for (Object o : set) {
            System.out.println(o);
        }
    }
}

自然排序是自定义类中实现Comparable接口，然后重写compareTo方法；定制排序是新建一个Comparator对象作为TreeSet对象实例化的参数，重写compare方法。

如果自然排序和定制排序同时存在时，定制排序优先级更高