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Java中的容器（集合）

2019年10月03日  | 移动技术网IT编程  | 我要评论

1、java常用容器：list，set，map

list：

  • 继承了collection接口（public interface list<e> extends collection<e> ），有序且允许出现重复值。

set：

  • 继承了collection接口（public interface set<e> extends collection<e> ），无序且不允许出现重复值。

map：

  • 是一个使用键值对存储的容器（public interface map<k,v> ）。

2、collection 和 collections 的区别

collection：

  • collection是一个集合类的通用接口（源码：public interface collection<e> extends iterable<e>）。
  • 通过查看源码可以发现，其中包含的都是一些通用的集合操作接口，他的直接继承接口有list和set。

collections：

  • collections是一个集合工具类（源码：public class collections）。
  • 其中提供一系列对集合操作的静态方法，比如排序：sort()，集合安全：synchronizedcollection()，反转：reverse()等等。

3、arraylist 和 linkedlist 的区别

arraylist：

  • 底层数据结构是一个数组，查询效率比较高，添加删除较慢（默认添加在末尾，在指定位置添加元素效率比较低，因为需要将指定位置后续的元素都往后移位）。

linkedlist：

  • 底层数据结构是一个双向链表（prev指向前节点，next指向后节点），查询效率比较慢，添加删除比较快。

4、arraylist 和 vector 的区别

arraylist：

  • 非线程安全，读取效率较高。

vector：

  • 线程安全（源码中显示该类的方法使用了synchronized），读取效率较低（推荐使用copyonwritearraylist,该类适合读多写少的场景）。

5、hashmap 和 hashtable 的区别

hashmap：

  • 非线程安全，允许空键值，执行效率相对较高（底层使用的数据结构是数组+链表+红黑树（jdk8）或者数组+链表（jdk7））。

hashtable：

  • 线程安全，不允许空键值，执行效率相对较低（推荐使用concurrenthashmap）。

6、hashmap 和 treemap 的使用场景

hashmap：

  • 一般情况下进行插入，删除，定位元素的话，使用hashmap（常用）。

treemap：

  • 如果需要使用有序的集合，推荐用treemap。

7、hashmap 实现原理

以put操作为例：

  • 首先会根据key的hashcode得到hash值（部分源码：return (key == null) ? 0 : (h = key.hashcode()) ^ (h >>> 16)），依据hash值得到该元素在数组的位置（下标），如果该位置不存在元素，则将该元素直接放入此位置上；否则判断元素是否相等，如果是，则覆盖，否则使用拉链法解决冲突（创建一个链表，先加入的放到链尾，后加入的放在链头，超过8位时，使用红黑树存储）。
  • 放入的元素是包含了键值对的元素，而非仅仅只有值。

8、hashset 实现原理

以add操作为例：

  • 进入add源码（return map.put(e, present)==null），可以看到其底层是用map来实现的，只是传入的值当做了map的key，而map的value使用的是统一的present。

9、迭代器：iterator

iterator：

  • 是一个轻量级的对象（创建代价小），主要用来对集合进行遍历移除等操作。
  • 示例代码如下
package com.spring.test.service.demo;

import java.util.*;

/**
 * @author: philosopherzb
 * @date: 2019/10/1
 */
public class demo {
    public static void main(string[] args){
        list<string> list = new arraylist<>(5);
        for(int i=0;i<5;i++){
            list.add("test" + i);
            system.out.println("输入：test" + i);
        }
        //利用iterator()返回一个iterator对象
        iterator<string> it = list.iterator();
        //判断是否还存在元素
        while(it.hasnext()){
            //第一次调用next()会返回集合中的第一个元素，之后返回下一个
            string s = it.next();
            if("test3".equals(s))
                //移除某个元素
                it.remove();
        }
        list.foreach(l->{
            system.out.println(l);
        });
    }
}

10、arraylist 扩容源码解析（jdk8）

源码解析：

  • 首先我们使用 arraylist<string> list = new arraylist<>(5)创建一个arraylsit，这表明创建的arraylist初始容量为5.
  • 源码如下：
    //默认初始容量10
    private static final int default_capacity = 10;
    //一个空的默认对象数组，当arraylist(int initialcapacity)，arraylist(collection<? extends e> c)中的容量等于0的时候使用
    private static final object[] empty_elementdata = {};
    //一个空的默认对象数组，用于arraylist()构造器
    private static final object[] defaultcapacity_empty_elementdata = {};
    //一个对象数组，transient表示不能序列化
    transient object[] elementdata;
    //数组大小
    private int size;

    //以传入的容量构造一个空的list
    public arraylist(int initialcapacity) {
        //如果传入值大于0，则创建一个该容量大小的数组。
        if (initialcapacity > 0) {
            this.elementdata = new object[initialcapacity];
        } else if (initialcapacity == 0) {
            //否则如果传入值等于0，则创建默认空数组
            this.elementdata = empty_elementdata;
        } else {
            //如果小于0则抛出异常
            throw new illegalargumentexception("illegal capacity: "+
                    initialcapacity);
        }
    }
  • 接着我们使用add方法添加一个字符串到该list中，list.add("test")。进入add源码会发现，真正的扩容是发生在add操作之前的。
  • 源码如下：
    //默认添加在数组末尾
    public boolean add(e e) {
        //添加之前先确认是否需要扩容
        ensurecapacityinternal(size + 1);  // increments modcount!!
        //新加入的元素是添加在了数组的末尾，随后数组size自增。
        elementdata[size++] = e;
        return true;
    }
  • 进入ensurecapacityinternal()方法查看对应源码如下：
    private void ensurecapacityinternal(int mincapacity) {
        //先通过calculatecapacity方法计算最终容量，以确认实际容量
        ensureexplicitcapacity(calculatecapacity(elementdata, mincapacity));
    }
  • 到这一步，我们需要先进入calculatecapacity()方法看看他是如何计算最后容量的，源码如下：
    private static int calculatecapacity(object[] elementdata, int mincapacity) {
        //如果elementdata为默认空数组，则比较传入值与默认值（10），返回两者中的较大值
        //elementdata为默认空数组指的是通过arraylist()这个构造器创建的arraylist对象
        if (elementdata == defaultcapacity_empty_elementdata) {
            return math.max(default_capacity, mincapacity);
        }
        //返回传入值
        return mincapacity;
    }
  • 现在我们确认了最终容量，那么进入ensureexplicitcapacity，查看源码如下：
    private void ensureexplicitcapacity(int mincapacity) {
        modcount++;
        // overflow-conscious code
        //如果最终确认容量大于数组容量，则进行grow()扩容
        if (mincapacity - elementdata.length > 0)
            grow(mincapacity);
    }
  • 可以看到，只有当最终容量大于数组容量时才会进行扩容。那么以我们上面的例子而言具体分析如下：
  • 首先因为我们创建的时候就赋了初始容量5，所以elementdata.length = 5。
  • 当我们add第一个元素的时候，mincapacity是等于size + 1 = 1的。
  • 此时mincapacity - elementdata.length > 0条件不成立，所以不会进入grow(mincapacity)方法进行扩容。
  • 以此类推，只有添加到第五个元素的时候，mincapacity = 6 大于 elementdata.length = 5，这时就会进入grow(mincapacity)方法进行扩容。
  • grow()以及hugecapacity()源码如下：
    //可分配的最大数组大小
    private static final int max_array_size = integer.max_value - 8;

    //扩容
    private void grow(int mincapacity) {
        // overflow-conscious code
        //oldcapacity表示旧容量
        int oldcapacity = elementdata.length;
        //newcapacity表示新容量，计算规则为旧容量+旧容量的0.5，即旧容量的1.5倍。如果超过int的最大值会返回一个负数。
        //oldcapacity >> 1表示右移一位，对应除以2的1次方。
        int newcapacity = oldcapacity + (oldcapacity >> 1);
        //如果新容量小于最小容量，则将最小容量赋值给新容量(有时手动扩容可能也会返回<0，对应方法为ensurecapacity())
        if (newcapacity - mincapacity < 0)
            newcapacity = mincapacity;
        //如果新容量大于max_array_size，则执行hugecapacity(mincapacity)返回对应值
        if (newcapacity - max_array_size > 0)
            newcapacity = hugecapacity(mincapacity);
        // mincapacity is usually close to size, so this is a win:
        //复制旧数组到新容量数组中，完成扩容操作
        elementdata = arrays.copyof(elementdata, newcapacity);
    }

    private static int hugecapacity(int mincapacity) {
        //如果最小容量超过了int的最大值，mincapacity会是一个负数，此时抛出内存溢出错误
        if (mincapacity < 0) // overflow
            throw new outofmemoryerror();
        //比较最小容量是否大于max_array_size，如果是则返回integer.max_value，否则返回max_array_size
        return (mincapacity > max_array_size) ?
                integer.max_value :
                max_array_size;
    }

 （以上所有内容皆为个人笔记，如有错误之处还望指正。）

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