Java总结进阶之路 （基础三）数组集合

提示：java总结学习之路

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提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

数组

什么是数组

• 数组就是将数据组装起来，不管里边有多少个都称为数组 即array 每一个组里边的数据类型都是相同的

数组的定义:

• 数据类型 [] 数组名 也可以 数据类型 数组名[]
• 二维数组 数据类型[][] 数组名 / 数据类型 数组名 [][]
• 二维数组在往上有更多的维度

数组的创建

• 数组类型[] 数组名 = new 数组类型[]{元素1,元素2, …n个};
• 数组类型[] 数组名 = {元素1,元素2, …n个};
• 数组类型[] 数组名 = new 数组类型[10]; 需要给数组的长度

数组的初始化

• 动态初始化:在创建数组时,直接指定数组中的长度/个数
  • 列子: int [] arrays=new int[10]
• 静态初始化:在创建数组的时候不指定他的的长度，而是直接根据数组中的内容进行指定
  • 列子: int [] arrays={1,2,3,4,5}
• 注意事项
  • 静态初始化内存放的数据类型必须跟[]前数据类型一样
  • 静态初始化，没指定长度，但是他会根据里边的元素个数指定长度

数组中的常见问题

• 索引越界异常：ArrayIndexOutOfBoundsException：当访问了数组中不存在的索引，就会引发索引越界异常。
• 空指针异常：NullPointerException：当引用数据类型的变量被赋值为 null 之后，就代表跟堆内存的连接被切断了，如果这时候还想去访问堆内存的数据，就会出现空指针异常。

二维数组介绍

• 二维数组是一种容器，该容器是用来存放一维数组
• 二维数组的初始化：
  • int [] [] aays=new int[5][5] 表示：该二维数组可以存放5个一维数组，每一个一维数组可以存放5个元素

集合框架

• 数据思维思维导图
  

• Conllection集合

  • 集合的概念：放的是动态对象数组，集合框架用来存储喝操作不同类型的数组

conllection

List集合

ArrayList

• 底层原理:基于数组实现
• 扩容机制：默认大小是10也可以手动指定,超出容量时扩容50%,10->15,可以使用System.arraycopy()将数组赋值到新的数组上边
• 优缺点:
  • 查询效率高,因为可以根据下表子啊O(1)复杂度查找数据
  • 插入删除效率低，不管插入还是删除都需要更新索引
• ArrayLIst 是可以动态是数组，也就是数组的复杂版本，可以动态的添加或者删除
• ArrayList的长度是可变的
• ArrayList属于线程不安全，也不考虑线程同步，ArrayList擅长于随机访问.

LinkedList集合

• 底层机制:LinkedList集合是基于双向链表进行实现的
• 优缺点:插入和删除效率搞因为只需要改变节点的指向即可，查询的效率会变低，因为每次都会从头到尾的查询
• LinkedList属于线程不安全 也不考虑线程同步

Vector集合

• 底层机制：基于数组进行实现的
• 扩充机制 是每次扩充的两倍 10 -20
• 优缺点:
  • 由于底层结构是一块连续的空间，所以可以支持下标’‘[]’'随机访问的形式。
  • cpu高速缓存命中率高尾插尾删除效率高，相比list
  • 越靠近头部位置插入效率越低

CopyOnWriteArraylist集合

• 底层机制:线程对其操作时赋值一个副本 对副本及逆行操作
• 优缺点：
  • 线程安全 并且性能最优
  • 读写分离 性能高 读写操作针对不同的容器 便利是修改 不会抛出异常
  • 比较占内存，读写不是一个容器无法保证数据读取的实时性

Set集合

HashSet集合

• 底层原理: 基于HashMap实现 HashSet的元素就是HashMap的key value是静态对象
• HashSet：是非线程安全，这就意味这如果多个线程同时访问一个hashset实例并且至少有一个线程修改了集合，那么必须通过外部同步来确保对集合访问是安全的，在多线程环江下 可以考虑使用 Collections.synchronizedSet方法，该方法返回的是一个线程安全的set包装器
• HashSet属于无序集合，他的元素不以特定的顺序存储 如果需要特定的顺序可以考虑使用LinkedHashSet进行实现 他会保留插入的顺序
• HashSet优缺点：
  • 不包含重复的元素,他是不允许有重复的元素的
  • 快速查找，HashSet是基于哈希表进行实现的 查找 插入和删除操作的时间复杂度是常数级别的具有高效的性能
  • 不适合基本数据类型
  • 迭代效率比有序集合要慢一点
• HashSet是基于HashMap实现的 在内部它是由一个HashMap支持的 存储的元素也是以键值对的方式进行存储

ThreeSet集合

• 实现机制:它基于红黑树实现的有序集合，通过红黑树来进行存储元素，保持元素的自然顺序
• ThreeSet的优缺点
  • 有序性：threeset是保持元素的有序性，可以根据元素的自然顺序并提供的比较器来进行排序
• 高效的查找 插入 和删除 ：底层使用的是红黑树，基本的操作时间复杂度是O(log n)
  • Treeset实现了NavigableSet接口，提供了一些有用的导航方法，获取小于或者等于给定元素的最大元素
  • 内存消耗的比较搞，与哈希集合进行相比，红黑树的实现需要更多的内存空间
  • 不是线程安全，在多线程的环境下 如果有一个线程修改了集合 而其他的线程需要同时访问这个集合，那么就得需要外部同步操作来确保操作的安全性

Queue集合

• ArrayDeque：可以用来做栈也可以做队列 双端队列
• priorityQueue：常用于实现堆数据结构
  • 底层原理:二叉树 实现的形式是数组

Map

LinkedHashMap 集合

• 实现机制：他继承于HashMap类 与HashMap类不同的是 LinkedHashMap是通过双向链表来维护键值对的插入顺序或者是按照访问顺序
• 优缺点
  • 与普通的hashMap进行想不，LinkedHashMap需要额外的链表结构，在内存上的消耗相对较高、
• 不属于线程安全

Hashtable集合

• 实现方式:Hashtable使用一个数组作为哈希表，通过哈希函数将键映射到数组的索引，解决冲突的方式是链地址法，在哈希表的每个位置维护一个链表，将具有相同哈希值的键值存储在一个链表上
• 优缺点：
  • 线程安全，所有的操作基本上都是同步的，在多线程的环境中可以安全的使用，使用了synchronized互斥锁,全局锁，所以性能与吞吐量较低
  • 稳定性比较号，是一个稳定和可靠的集合类
  • 迭代器不支持修改，在迭代过程中如果要尝试修改Hashtable的结构则会抛出异常
  • Hashtable在性能上相对比较差尤其是高并发的情况下
• 快速失败机制：在迭代过程中如果要尝试修改Hashtable的结构则会抛出异常，因为迭代器会维护一个modCount变量 集合被修改时modCount变量会被修改 每次hasNext()和next()都是会先去查看modCount是否会改变 如果没有改变则继续执行，改变就抛异常

TreeMap集合

• 底层原理:红黑树 根据key进行排序
  • 红黑树是一种平衡二叉搜索树 它具有根节点都是黑色的 每个节点要么都是红色要么都是黑色
• 优缺点：
  • 有序性，TreeMap保持了键的有序性
  • 高效的查找 插入 删除，底层使用了红黑树
  • 实现了NavigableSet接口，提供了一些有用的导航方法，获取小于或者等于给定元素的最大元素
  • 与哈希表进行相比 红黑树需要更多的内存空间 所以他的内存消耗相对要高
  • 不属于线程安全

ConcurrentHashMap集合

• 底层结构
  • jdk1.7：segment数组+HashEntry数组，先通过hash定位到HashEntry在hash定位到具体的位置
  • jdk1.8：使用的是红黑树跟Node 抛弃了segment并且将HashEntry改成了Node
• 优缺点：
  • 线程安全:他是通过分割桶(buckets)和使用synchronized关键字来实现高效的并发访问
  • 支持高并发的读写操作，比传统的HashMpa有着更好的性能,允许多个读操作并发进行，不会阻塞，而写的操作指挥锁定特定的桶，并不是整个集合，从而提高了并发性能
  • 初始的容量的限制，过小的容量会导致桶的竞争增加，太大的容量会导致浪费内存
  • 迭代器弱的一致性，迭代器可能不会捕捉到最新的修改，在迭代的过程中其他线程可能对映射进行修改
• 安全性
  • jdk1.7:ReentrantLock+volatile
    • ReentrantLock只锁住一个segment
    • volatile修饰HashEntry保证可见性和有序性
    • 尝试获取锁失败会自旋，知道获取成功，如果是一直获取不到则会进入阻塞 保证能够获取成功
  • jdk1.8:synchronized+cas+volatile
    • volatile保证了get时的可见性
    • cas用于对hash桶第一个元素进行赋值
    • synchronized 分段锁锁住整个hash桶 而不是这个map

总结

提示：这里对文章进行总结：

例如：以上就是今天要讲的内容，本文仅仅简单介绍了pandas的使用，而pandas提供了大量能使我们快速便捷地处理数据的函数和方法。