集合的核心知识

什么是java集合

Java集合是一组用于存储和操作数据的类和接口。它们提供了各种数据结构，如数组、链表、栈、队列、散列表等，以及与数据的增删改查操作相关的方法。

Java集合框架包括以下几个主要接口和类：

1. Collection接口是所有集合类的根接口，它定义了一组方法来操作集合中的元素。
2. List接口是一个有序的集合，元素可以重复。常用的实现类有ArrayList、LinkedList和Vector。
3. Set接口是一个无序的集合，不允许元素重复。常用的实现类有HashSet和TreeSet。
4. Map接口是一个键值对的集合，每个键最多只能关联一个值。常用的实现类有HashMap、TreeMap和LinkedHashMap。
5. Queue接口是一个用于存储元素的队列，遵循先进先出的原则。常用的实现类有LinkedList和PriorityQueue。
6. Stack类是一个后进先出的堆栈，它继承自Vector类。

除了以上的接口和类，Java还提供了一些其他的集合类，如BitSet、Hashtable、EnumSet等。

List, Set, Queue, Map 四者的区别 

Java集合中的List、Set、Queue和Map是四种不同的接口，它们分别用于存储和操作不同类型的数据。

1. List（列表）是有序的集合，允许存储重复的元素。List接口的常用实现类有ArrayList和LinkedList，前者基于数组实现，后者基于链表实现。List接口提供了按照索引访问元素的功能，可以根据需要插入、删除和修改元素。

2. Set（集合）是无序的集合，不允许存储重复的元素。Set接口的常用实现类有HashSet和TreeSet，前者基于哈希表实现，后者基于红黑树实现。Set接口提供了判断元素是否存在和添加、删除元素的功能。

3. Queue（队列）是一种特殊的集合，按照特定的顺序进行操作，通常是先进先出（FIFO）或者优先级优先。Queue接口的常用实现类有LinkedList和PriorityQueue，前者基于链表实现，后者基于堆实现。Queue接口提供了添加、移除和检查元素的功能。

4. Map（映射）是一种键值对的集合，每个元素都包含一个键和一个值。Map接口的常用实现类有HashMap和TreeMap，前者基于哈希表实现，后者基于红黑树实现。Map接口提供了根据键查找值、添加和删除键值对的功能。

总结：

• List是有序可重复的集合，提供了按照索引访问元素的功能。
• Set是无序不可重复的集合，提供了判断元素是否存在的功能。
• Queue是按照特定顺序操作的集合，通常是先进先出或者优先级优先。
• Map是键值对的集合，提供了根据键查找值的功能。

ArrayList 和 Vector 的区别?

1. 线程安全性：Vector是线程安全的，而ArrayList不是。在多线程环境下，多个线程可以同时访问和修改Vector，不会发生线程安全问题；而在ArrayList中，多个线程同时修改可能导致数据不一致或抛出ConcurrentModificationException异常。

2. 扩容方式：ArrayList和Vector在扩容时的方式不同。ArrayList每次扩容会增加当前长度的50%，而Vector每次扩容会增加当前长度的一倍。

3. 性能：由于ArrayList不是线程安全的，它的性能比Vector要好。在单线程环境下，使用ArrayList效率更高；在多线程环境下，如果需要保证线程安全，可以使用Vector。不过，在Java 1.2之后，引入了更高效的线程安全集合类如ConcurrentHashMap和CopyOnWriteArrayList，已经成为更好的选择。

4. 遗留问题：Vector是Java早期版本中的集合类，而ArrayList是在Java 1.2之后引入的。为了向后兼容，Vector仍然被保留，但在新的代码中推荐使用ArrayList。

总结来说，ArrayList和Vector的主要区别在于线程安全性和扩容方式。如果需要线程安全的集合，可以使用Vector，如果不需要线程安全，推荐使用ArrayList。

集合框架底层数据结构 

1. ArrayList：

   • 底层数据结构：基于数组实现的动态数组。
   • 特点：ArrayList允许随机访问元素，通过索引可以快速访问或修改元素。
   • 适用场景：当需要频繁地查询和修改元素时，ArrayList是一个较好的选择。

2. LinkedList：

   • 底层数据结构：基于链表实现的双向链表。
   • 特点：LinkedList通过指针将元素连接形成链表，每个元素都包含指向前后元素的引用。
   • 适用场景：当需要频繁地在集合的前后插入或删除元素时，LinkedList是一个较好的选择。

3. HashSet：

   • 底层数据结构：基于HashMap实现的哈希表。
   • 特点：HashSet使用哈希函数将元素映射到数组中，并使用链表处理哈希冲突。
   • 适用场景：当需要高效地检查是否包含某个元素，并且不关心元素的顺序时，HashSet是一个较好的选择。

4. TreeSet：

   • 底层数据结构：基于红黑树实现的自平衡二叉搜索树。
   • 特点：TreeSet中的元素会根据其值进行排序，并且支持高效的插入、删除和查询操作。
   • 适用场景：当需要对元素进行有序存储，并且需要快速地查找最小和最大元素时，TreeSet是一个较好的选择。

5. HashMap：

   • 底层数据结构：基于数组和链表实现的哈希表。
   • 特点：HashMap使用哈希函数将键映射到数组的索引位置，并使用链表处理哈希冲突。在Java 8及以上版本中，当链表长度达到一定阈值时，会将链表转换为红黑树以提供更高效的操作。
   • 适用场景：当需要根据键进行快速查找和更新值时，HashMap是一个较好的选择。

6. TreeMap：

   • 底层数据结构：基于红黑树实现的自平衡二叉搜索树。
   • 特点：TreeMap中的键会根据其值进行排序，并且支持高效的插入、删除和查询操作。
   • 适用场景：当需要根据键进行有序存储，并且需要快速地查找最小和最大键时，TreeMap是一个较好的选择。

7. LinkedHashMap：

   • 底层数据结构：基于哈希表和双向链表实现的有序哈希表。
   • 特点：LinkedHashMap使用哈希表维护键值对的存储顺序，并使用双向链表维护插入顺序。可以选择按照插入顺序或者访问顺序进行迭代。
   • 适用场景：当需要按照插入顺序或者访问顺序进行迭代，并且不关心元素的排序时，LinkedHashMap是一个较好的选择。

 

ArrayList 与 LinkedList 区别

1. 数据结构：

   • ArrayList 是基于数组实现的列表，它在内存中按照连续的索引存储元素。
   • LinkedList 是基于链表实现的列表，它通过节点之间的链接存储元素。

2. 插入和删除操作：

   • ArrayList 在插入和删除元素时需要将其后的元素向后移动或向前移动，因为数组中的元素是连续存储的。
   • LinkedList 在插入和删除元素时只需要修改节点的链接即可，不需要移动其他元素。

3. 访问元素：

   • ArrayList 可以通过索引直接访问元素，因为它在内存中按照连续的索引存储元素。
   • LinkedList 在访问元素时需要从头节点或尾节点开始遍历，直到找到目标位置。

4. 内存占用：

   • ArrayList 在每个元素上存储额外的空间作为缓冲区，以便在需要时扩展数组的大小。因此，它可能会浪费一些内存空间。
   • LinkedList 需要为每个节点存储额外的指针，因此在存储相同数量的元素时可能占用更多的内存空间。

5. 性能：

   • ArrayList 在随机访问元素时性能较好，因为可以通过索引直接访问元素。但插入和删除操作可能较慢，特别是在列表的中间位置。
   • LinkedList 在插入和删除操作时性能较好，因为只需要修改节点的链接，不需要移动其他元素。但在随机访问元素时性能较差，因为需要遍历节点。

comparable 和 Comparator 的区别 

1. Comparable（可比较）是一个接口，用于实现对象的自然排序。当一个类实现了Comparable接口时，它必须实现compareTo()方法，该方法用于定义对象之间的排序规则。在Java中，许多类（如String、Integer等）都实现了Comparable接口，因此它们可以直接进行比较和排序。当使用Collections.sort()或Arrays.sort()方法时，会自动调用实现了Comparable接口的类的compareTo()方法进行排序。

   例如，String类实现了Comparable接口，可以使用compareTo()方法比较字符串的字典顺序：

   String str1 = "apple";
   String str2 = "banana";
   int result = str1.compareTo(str2);
   // result < 0，str1在字典中排在str2之前
   

2. Comparator（比较器）是一个独立的接口，用于定义两个对象之间的自定义排序规则。Comparator接口需要实现compare()方法，该方法用于比较两个对象的大小。当需要对一个类进行排序时，但该类未实现Comparable接口或需要使用不同的排序规则时，可以使用Comparator来实现自定义的排序。

   public class Employee {
       private String name;
       private int age;
       // ...
   }
   
   public class AgeComparator implements Comparator {
       @Override
       public int compare(Employee emp1, Employee emp2) {
           return emp1.getAge() - emp2.getAge();
       }
   }
   
   List employeeList = new ArrayList<>();
   // 添加员工到employeeList...
   Collections.sort(employeeList, new AgeComparator());
   

   在上面的例子中，我们创建了一个AgeComparator类来根据员工的年龄进行排序。通过调用Collections.sort()方法，并传递一个AgeComparator对象，可以根据自定义的比较规则对员工列表进行排序。

总结：

• Comparable接口用于实现对象的自然排序，它是在对象内部定义的排序规则；
• Comparator接口用于实现自定义的排序规则，它是在对象外部定义的排序规则；

双向链表和双向循环链表 

双向链表（Doubly Linked List）是一种链表结构，每个节点除了存储数据之外，还有两个指针，分别指向前一个节点和后一个节点。它具有以下特点：

1. 支持双向遍历：由于每个节点都指向前一个和后一个节点，因此可以很方便地在链表中进行前向和后向遍历，即可以从头到尾或从尾到头遍历链表。
2. 插入和删除操作高效：相较于单向链表，双向链表的插入和删除操作更高效。因为在双向链表中，不仅可以通过当前节点的指针找到下一个节点，还可以通过前一个节点的指针找到当前节点。所以在插入或删除节点时，只需要修改相邻节点的指针即可，而不需要从头开始遍历链表。
3. 占用更多的内存空间：由于每个节点需要保存两个指针，相较于单向链表，双向链表会占用更多的内存空间。

双向循环链表（Doubly Circular Linked List）是双向链表的一种变体，它的最后一个节点指向第一个节点，形成一个闭环。它具有以下特点：

1. 支持循环遍历：由于最后一个节点指向第一个节点，因此可以很方便地在链表中进行循环遍历，即无论从头到尾还是从尾到头，都可以无限次遍历整个链表。
2. 支持基于节点的循环算法：在一些算法实现中，需要通过循环遍历链表中的节点，双向循环链表可以很方便地实现这种算法。当遍历到最后一个节点时，会再次回到第一个节点，从而实现循环迭代。

区别：

1. 结构上的差异：双向链表中每个节点有两个指针，分别指向前一个节点和后一个节点；而双向循环链表中最后一个节点的指针指向第一个节点，形成一个闭环。
2. 遍历方式的不同：双向链表支持前向和后向遍历，而双向循环链表支持循环遍历，可以无限次遍历整个链表。
3. 内存占用的差异：双向链表每个节点需要额外存储两个指针，因此占用更多的内存空间；而双向循环链表通过闭环结构，可以节省最后一个节点到第一个节点的指针所占用的内存空间。

在空间允许的情况下，双向链表和双向循环链表更加灵活和高效，适用于对链表进行频繁的插入和删除操作，或者需要循环遍历链表的场景。