Java基础之集合框架

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Java 集合框架概述

一方面， 面向对象语言对事物的体现都是以对象的形式，为了方便对多个对象的操作，就要对对象进行存储。另一方面，使用Array存储对象方面具有一些弊端，而Java 集合就像一种容器，可以动态地把多个对象的引用放入容器中。

  • 数组在内存中存储方面的特点：

    ​ 数组初始化之后，长度就确定了，不能更改了

    ​ 数组声明的类型，就决定了元素初始化时候的类型

  • 数组在存储方面的弊端：

    ​ 数组初始化之后，长度就不能改变了，不便于扩展

    ​ 数组中提供的属性和方法较少，不便于进行增删改查插入等操作，且效率不高。数组无法直接获取存储元素的个数

    ​ 数组存储的数据是有序的，可以重复的，存储的特点单一

Java 集合类可以用于存储数量不等的多个对象，还可用于保存具有映射关系的关联数组。

Java 集合可分为 Collection 和 Map 两种体系 ：

Collection接口：单列数据，定义了存取一组对象的方法的集合

​ List：元素有序、可重复的集合

​ Set：元素无序、不可重复的集合

Map接口：双列数据，保存具有映射关系“key-value对”的集合

Collection接口继承树：

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Map接口继承树：

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Collection接口

概述

  1. Collection 接口是 List、Set 和 Queue 接口的父接口，该接口里定义的方法既可用于操作 Set 集合，也可用于操作 List 和 Queue 集合。
  2. JDK不提供此接口的任何直接实现，而是提供更具体的子接口(如：Set和List)实现。
  3. 在 Java5 之前，Java 集合会丢失容器中所有对象的数据类型，把所有对象都 当成 Object 类型处理；从 JDK 5.0 增加了泛型以后，Java 集合可以记住容器中对象的数据类型。

Collection接口中的方法

  1. 添加

    add(Object obj)

    addAll(Collection coll)

  2. 获取有效元素的个数

    int size()

  3. 清空集合

    void clear()

  4. 判断是否为空

    boolean isEmpty()

  5. 判断是否包含某个元素

    boolean contains(Object obj) 是通过元素的equals方法来判断是否是同一个对象

    boolean contains(Collection coll) 也是调用元素的equals方法来比较的。拿两个集合的元素挨个比较。

  6. 删除

    boolean remove(Object obj) 通过元素的equals方法判断是否存在该元素，再将其删除，但是只会删除找到的第一个匹配的元素

    boolean removeAll(Collection coll) 取两个集合的差集

  7. 取两个集合的交集

    boolean retainAll(Collection c) 把交集的结果存在当前集合中，c不会改变

  8. 集合是否相等

    boolean equals(Object obj)

  9. 转换成对象数组

    Object[] toArray()

  10. 获取集合对象的哈希值

    hashCode()

  11. 遍历

    iterator() 返回迭代器对象，用于遍历集合

Iterator迭代器接口

  • Iterator对象称为迭代器(设计模式的一种)，主要用于遍历 Collection 集合中的元素。

  • GOF给迭代器模式的定义为：提供一种方法访问一个容器(container)对象中各个元素，而又不需暴露该对象的内部细节。迭代器模式，就是为容器而生。类似于“公交车上的售票员”、“火车上的乘务员”、“空姐”。

  • Collection接口继承了java.lang.Iterable接口，该接口有一个iterator()方法，那么所有实现了Collection接口的集合类都有一个iterator()方法，用以返回一个实现了 Iterator接口的对象。

  • Iterator 仅用于遍历集合，Iterator 本身并不提供承装对象的能力。如果需要创建Iterator 对象，则必须有一个被迭代的集合。

  • 集合对象每次调用iterator()方法都得到一个全新的迭代器对象，默认游标都在集合的第一个元素之前。

Iterator接口中的方法

Collection集合常用下图所示方法遍历:

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  1. boolean hasNext() 判断迭代器是否还有下一个元素
  2. next() 将迭代器的指针移向下一个元素
  3. remove() 移除一个元素

注意：

  1. 在调用next()方法之前，若果不用hasNext()进行检测，则可能会出现NoSuchElementException异常
  2. Iterator删除集合的元素，是在遍历过程中通过迭代器对象的remove方法删除，而不是集合对象的remove()方法。
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Iterator iter = coll.iterator();//回到起点
while(iter.hasNext()){
  Object obj = iter.next();
  if(obj.equals("Tom")){
    iter.remove();
  }
}

除了上面这种用迭代器遍历集合的方法，还可以用foreach（又叫增强for循环）来遍历

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for(Object obj: coll){
  System.out.println(obj);
}

或者直接用Collection中的forEach()方法

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coll.forEach(System.out::println);

Collection子接口：List接口

概述

List集合类中元素有序、可以重复，集合中每个元素都有其对应的顺序索引，每个元素都对应一个整数型的序号记载其在容器中的位置，可以根据序号存取容器中的元素。List接口的实现类常用的有：ArrayList、LinkedList和Vector。

List接口中的方法

List除了从Collection集合继承的方法外，List 集合里添加了一些根据索引来操作集合元素的方法。

  • void add(int index, Object elem) 在index位置插入elem元素
  • boolean addAll(int index, Collection eles) 从index位置开始将eles中的所有元素添加进来
  • Object get(int index) 获取指定index位置的元素
  • int indexOf(Object obj) 返回obj在集合中首次出现的位置
  • int lastIndexOf(Object obj) 返回obj在当前集合中末次出现的位置
  • Object remove(int index) 移除指定index位置的元素，并返回此元素
  • Object set(int index, Object elem):设置指定index位置的元素为elem
  • List subList(int fromIndex, int toIndex):返回从fromIndex到toIndex位置的子集合

List的主要实现类：ArrayList

ArrayList的底层还是通过数组来实现的

在JDK1.7中ArrayList像饿汉式，在创建List对象的时候就直接创建了一个初始容量为10的数组；

在JDK1.8中ArrayList像懒汉式，创建对象的时候创建一个长度为0的数组，当添加第一个元素的时候再创建一个容量为10的数组。

注意：Arrays.asList(…) 方法返回的 List 集合，既不是 ArrayList 实例，也不是Vector 实例。 Arrays.asList(…) 返回值是一个固定长度的 List 集合

List实现类之二：LinkedList

因为LinkedList底层是用链表实现的，所以插入和删除的效率比ArrayList要高，对于频繁的插入和删除，建议使用LinkedList。

LinkedList中的方法：

  • void addFirst(Object obj)

  • void addLast(Object obj)

  • Object getFirst()

  • Object getLast()

  • Object removeFirst()

  • Object removeLast()

具体的底层实现：

LinkedList底层是用双向链表实现的，内部定义了Node类型的first和last，用于记录首末元素。同时定义内部类Node，作为LinkedList保存数据的基本结构，Node除了保存数据还定义了两个变量：

  • prev变量记录前一个元素的位置
  • next变量记录下一个元素的位置

源码：

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private static class Node<E> {
  E item;
  Node<E> next;
  Node<E> prev;
  Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
    this.item = element;
    this.next = next;
    this.prev = prev;
  }
}
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List 实现类之三：Vector

Vector 是一个古老的集合，JDK1.0就有了。大多数操作与ArrayList相同，区别之处在于Vector是线程安全的。

新增方法:

void addElement(Object obj)

void insertElementAt(Object obj,int index)

void setElementAt(Object obj,int index)

void removeElement(Object obj)

void removeAllElements()

ArrayList/LinkedList/Vector的异同

  • ArrayList和LinkedList的异同

    二者都线程不安全，相对线程安全的Vector，执行效率高。此外，ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构，LinkedList基于链表的数据结构。对于随机访问get和set，ArrayList觉得优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针。对于新增和删除操作add(特指插入)和remove，LinkedList比较占优势，因为ArrayList要移动数据。

  • ArrayList和Vector的区别

    Vector和ArrayList几乎是完全相同的,唯一的区别在于Vector是同步类(synchronized)，属于强同步类。因此开销就比ArrayList要大，访问要慢。正常情况下,大多数的Java程序员使用 ArrayList而不是Vector,因为同步完全可以由程序员自己来控制。Vector每次扩容请求其大小的2倍空间，而ArrayList是1.5倍。Vector还有一个子类Stack。

Collection子接口：Set接口

概述

  • Set接口是Collection的子接口，set接口没有提供额外的方法。
  • Set 集合不允许包含相同的元素，如果试把两个相同的元素加入同一个 Set集合中，则添加操作失败。
  • Set 判断两个对象是否相同不是使用 == 运算符，而是根据 equals() 方法

Set主要实现类：HashSet

HashSet 按 Hash 算法来存储集合中的元素，具有很好的存取、查找、删除性能。

HashSet特点

  1. 无序性，不能保证元素的排列顺序
  2. 不可重复性，HashSet中不能有两个相同的元素
  3. 线程不安全
  4. 集合元素可以为null

HashSet判断两个元素相同的标准：

两个对象通过 hashCode() 方法比较相等，并且两个对象的 equals() 方法返回值也相等。

注意：

对于存放在Set容器中的对象，对应的类一定要重写equals()和hashCode(Object obj)方法，以实现对象相等规则。即：“相等的对象必须具有相等的散列码”。

向HashSet中添加元素的过程

​ 首先会调用该对象的HashCode()方法，来得到该对象的HashCode值，然后根据HashCode的值，通过某种散列函数决定该对象在HashSet底层数组中的存储位置（这个散列函数会与底层数组的长度相计算得到在数组中的下标，并且这种散列函数计算还尽可能保证能均匀存储元素，越是散列分布，该散列函数设计的越好）。

​ 如果该位置没有存储其他元素，那么就直接添加成功；如果已经有元素了，则比较两个元素的HashCode值。

​ 如果两个元素的哈希值不相等，那么就可以通过链表的方式将添加的元素和原来有的元素链接起来；如果两个元素的哈希值相等，就要调用equals() 方法比较两个元素是否一样了。

​ 如果equals() 方法返回true，则添加失败，如果返回false，则添加成功，该元素通过链表的方式和原来链接的元素链接在一起。

HashSet的底层实现实际上是HashMap，如下图所示：

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Set实现类之二：LinkedHashSet

概述

LinkedHashSet 是 HashSet 的子类

LinkedHashSet 根据元素的 hashCode 值来决定元素的存储位置，但它同时使用双向链表维护元素的次序，这使得元素看起来是以插入顺序保存的。

LinkedHashSet插入性能略低于 HashSet，但在迭代访问 Set 里的全部元素时有很好的性能。

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Set实现类之三：TreeSet

概述

TreeSet 是 SortedSet 接口的实现类，TreeSet 可以确保集合元素处于排序状态。TreeSet底层使用红黑树结构存储数据。

新增的方法如下： (了解)

  • Comparator comparator()
  • Object first()
  • Object last()
  • Object lower(Object e)
  • Object higher(Object e)
  • SortedSet subSet(fromElement, toElement)
  • SortedSet headSet(toElement)
  • SortedSet tailSet(fromElement)
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自然排序

TreeSet 会调用集合元素的 compareTo(Object obj) 方法来比较元素之间的大小关系，然后将集合元素按升序(默认情况)排列。

注意：如果要把一个对象添加到TreeSet中，则该对象的类必须实现Comparable接口。实现 Comparable 的类必须实现 compareTo(Object obj) 方法，两个对象即通过 compareTo(Object obj) 方法的返回值来比较大小。

向 TreeSet 中添加元素时，只有第一个元素无须比较compareTo()方法，后面添加的所有元素都会调用compareTo()方法进行比较。

因为只有相同类的两个实例才能比较，所以向 TreeSet 中添加的应该是同一个类的对象。

对于 TreeSet 集合而言，它判断两个对象是否相等的唯一标准是：两个对象通 过 compareTo(Object obj) 方法比较返回值。

定制排序

TreeSet的自然排序要求元素所属的类实现Comparable接口，如果元素所属的类没有实现Comparable接口，或不希望按照升序(默认情况)的方式排列元素或希望按照其它属性大小进行排序，则考虑使用定制排序。定制排序，通过Comparator接口来实现。需要重写compare(T o1,T o2)方法。

利用int compare(T o1,T o2)方法，比较o1和o2的大小：如果方法返回正整数，则表示o1大于o2；如果返回0，表示相等；返回负整数，表示o1小于o2。

注意：

  1. 要实现定制排序，需要将实现Comparator接口的实例作为形参传递给TreeSet的构造器。
  2. 在这里仍然只能向TreeSet中添加类型相同的对象。否则发生ClassCastException异 常。
  3. 使用定制排序判断两个元素相等的标准是：通过Comparator比较两个元素返回了0。

面试题：

其中Person类中重写了hashCode()和equal()方法

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HashSet set = new HashSet();
Person p1 = new Person(1001,"AA");
Person p2 = new Person(1002,"BB");
set.add(p1);
set.add(p2);
p1.name = "CC";
set.remove(p1);
System.out.println(set);//输出两个
set.add(new Person(1001,"CC"));
System.out.println(set);//输出三个
set.add(new Person(1001,"AA"));
System.out.println(set);//输出四个

Map接口

Map接口继承树：

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概述

  • Map与Collection并列存在。用于保存具有映射关系的数据:key-value>

  • Map 中的 key 和 value 都可以是任何引用类型的数据

  • Map 中的 key 用Set来存放，不允许重复，即同一个 Map 对象所对应的类，必须重写hashCode()和equals()方法

  • key 和 value 之间存在单向一对一关系，即通过指定的 key 总能找到唯一的、确定的 value

  • Map接口的常用实现类：HashMap、TreeMap、LinkedHashMap和 Properties。其中，HashMap是 Map 接口使用频率最高的实现类

Map接口的常用方法

增删改相关方法

Object put(Object key,Object value) 将指定key-value添加到(或修改)当前map对象中

void putAll(Map m) 将m中的所有key-value对存放到当前map中

Object remove(Object key) 移除指定key的key-value对，并返回value

void clear() 清空当前map中的所有数据

查询相关方法

Object get(Object key) 获取指定key对应的value

boolean containsKey(Object key) 是否包含指定的key

boolean containsValue(Object value)：是否包含指定的value

int size() 返回map中key-value对的个数

boolean isEmpty() 判断当前map是否为空

boolean equals(Object obj) 判断当前map和参数对象obj是否相等

元视图操作的相关方法

Set keySet() 返回所有key构成的Set集合

Collection values() 返回所有value构成的Collection集合

Set entrySet()：返回所有key-value对构成的Set集合

Map的遍历

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Map map = new HashMap();
//map.put(..,..)省略
System.out.println("map的所有key:");
Set keys = map.keySet();// HashSet
for (Object key : keys) {
  System.out.println(key + "->" + map.get(key));
}
System.out.println("map的所有的value：");
Collection values = map.values();
Iterator iter = values.iterator();
while (iter.hasNext()) {
  System.out.println(iter.next());
}
System.out.println("map所有的映射关系：");
// 映射关系的类型是Map.Entry类型，它是Map接口的内部接口
Set mappings = map.entrySet();
for (Object mapping : mappings) {
  Map.Entry entry = (Map.Entry) mapping;
  System.out.println("key是：" + entry.getKey() + "，value是：" + entry.getValue());
}

Map的主要实现类：HashMap

概述

  • 允许使用null键和null值，与HashSet一样，不保证映射的顺序。
  • 所有的key构成的集合是Set:无序的、不可重复的。所以，key所在的类要重写：equals()和hashCode()
  • 所有的value构成的集合是Collection:无序的、可以重复的。所以，value所在的类要重写：equals()
  • 一个key-value构成一个entry
  • 所有的entry构成的集合是Set:无序的、不可重复的
  • HashMap 判断两个 key 相等的标准是：两个 key 通过 equals() 方法返回 true，hashCode 值也相等； 判断两个 value相等的标准是：两个 value 通过 equals() 方法返回 true。

HashMap的存储结构

JDK 7及以前版本：HashMap是数组+链表结构(即为链地址法)

JDK 8版本发布以后：HashMap是数组+链表+红黑树实现。

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HashMap源码中的重要常量

DEFAULT_INITIAL_CAPACITY : HashMap的默认容量，16

MAXIMUM_CAPACITY： HashMap的最大支持容量，2^30^

DEFAULT_LOAD_FACTOR：HashMap的默认加载因子，0.75

TREEIFY_THRESHOLD：Bucket中链表长度大于该默认值，转化为红黑树，8

UNTREEIFY_THRESHOLD：Bucket中红黑树存储的Node小于该默认值，转化为链表

MIN_TREEIFY_CAPACITY：桶中的Node被树化时最小的hash表容量，64（当桶中Node的数量大到需要变红黑树时，若hash表容量小于MIN_TREEIFY_CAPACITY时，此时应执行resize扩容操作这个MIN_TREEIFY_CAPACITY的值至少是TREEIFY_THRESHOLD的4 倍）

table：存储元素的数组，总是2的n次幂

entrySet：存储具体元素的集

size：HashMap中存储的键值对的数量

modCount：HashMap扩容和结构改变的次数。

threshold：扩容的临界值 = 容量 * 加载因子

loadFactor：加载因子

HashMap底层实现（JDK8）

HashMap的内部存储结构其实是数组+链表+红黑树。当实例化一个HashMap时，系统会创建一个长度为Capacity的Node数组（JDK8中没添加元素之前为0，在第一次add操作之后才会创建一个实际长度为16），这个长度在哈希表中被称为容量(Capacity)，在这个数组中可以存放元素的位置我们称之为“桶”(bucket)，每个bucket都有自己的索引，系统可以根据索引快速的查找bucket中的元素。

每个bucket中存储一个元素，即一个Node对象，但每一个Node对象可以带 一个引用变量next，用于指向下一个元素，因此，在一个桶中，就有可能生成一个Node链。也可能是一个一个TreeNode对象，每一个TreeNode对象 可以有两个叶子结点left和right，因此，在一个桶中，就有可能生成一个TreeNode树。而新添加的元素作为链表的last，或树的叶子结点。

添加元素的过程

向HashMap中添加entry1(key，value)，需要首先计算entry1中key的哈希值(根据 key所在类的hashCode()计算得到)，此哈希值经过处理以后，得到在底层Node[]数组中要存储的位置i。

如果位置i上没有元素，则entry1直接添加成功。如果位置i上已经存在entry2(或还有链表存在的entry3，entry4)，则需要通过循环的方法，依次比较entry1中key和其他的entry。

如果彼此hash值不同，则直接添加成功如果 hash值相同，继续调用二者的equals()方法，如果返回值为true，则使用entry1的value 去替换equals为true的entry的value。

如果遍历一遍以后，发现所有的equals返回都为false,则entry1仍可添加成功。

JDK8中添加的核心源码：

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final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) {
  Node<K,V>[] tab; 
  Node<K,V> p; 
  int n, i;
  //判断数组是否已经创建，若没有创建调用resize()方法创建一个长度为16的数组
  if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) 
    n = (tab = resize()).length;
  //判断该位置上数组是否已经存了数据，如果没有，就直接调用newNode()方法将新元素放到该位置
  if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
    tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
  //如果该位置已经放了元素，就需要进行一系列的比较了
  else {
    Node<K,V> e; K k;
    //如果和第一个位置元素哈希值相等，并且key也是一样的，那么久直接将这个key对应的value替换掉
    if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
      e = p;
    //如果哈希值不相等，判断这个数组是不是属树形的结构，如果是就调用相关方法再比较
    else if (p instanceof TreeNode)
      e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
    //如果不是树形结构，接直接从这个链表的头部开始遍历
    else {
      for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
        //指向第一个元素的下一个节点为null，也就意味着将链表中的元素全部比较完了，并且都不一样
        //就将这个元素添加到这个链表后面
        if ((e = p.next) == null) {
          p.next = newNode(hash, key, value, null);
          //如果链表的长度大于默认值(8)，就讲其转换为红黑树
          if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
            //要转换为红黑树，方法里面还会判断一下，数组的长度是不是大于64
            //大于的话才会转换为红黑树，否则只是进行一个扩容
            treeifyBin(tab, hash);
          break;
        }
        //如果哈希值一样，并且key也是一样的，就跳出循环
        if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
          break;
        p = e;
      }
    }
    //下面是存在相同key的情况，只对其value进行更新
    if (e != null) { // existing mapping for key
      V oldValue = e.value;
      if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
        e.value = value;
      afterNodeAccess(e);
      return oldValue;
    }
  }
  ++modCount;
  //判断是否需要扩容
  if (++size > threshold)
    resize();
  afterNodeInsertion(evict);
  return null;
}

HashMap的扩容

当HashMap中的元素越来越多的时候，hash冲突的几率也就越来越高，因为数组的长度是固定的。所以为了提高查询的效率，就要对HashMap的数组进行扩容，而在HashMap数组扩容之后，最消耗性能的点就出现了：原数组中的数据必须重新计算其在新数组中的位置，并放进去，这就是resize。

扩容核心源码：

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final Node<K,V>[] resize() {
  Node<K,V>[] oldTab = table;
  //得到原来数组的容量
  int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
  int oldThr = threshold;
  int newCap, newThr = 0;
  //如果原来的容量大于0
  if (oldCap > 0) {
    //如果大于最大的容量，将临界值改为最大的整数
    if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
      threshold = Integer.MAX_VALUE;
      return oldTab;
    }
    //否则就将其左移一位，也就是扩大一倍。
    //前提是扩容后的容量要小于最大容量，并且原来的容量要大于默认容量(16)
    else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
             oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
      newThr = oldThr << 1; // double threshold
  }
  //如果原来的容量为0且扩容临界值大于0，就将其赋给容量
  else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
    newCap = oldThr;
	//如果两者都为0
  else {               // zero initial threshold signifies using defaults
    newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
    newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
  }
  if (newThr == 0) {
    float ft = (float)newCap * loadFactor;
    newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
              (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
  }
  threshold = newThr;
  @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
  Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
  table = newTab;
  if (oldTab != null) {
    for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
      Node<K,V> e;
      if ((e = oldTab[j]) != null) {
        oldTab[j] = null;
        if (e.next == null)
          newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
        else if (e instanceof TreeNode)
          ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
        else { // preserve order
          Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
          Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
          Node<K,V> next;
          do {
            next = e.next;
            if ((e.hash & oldCap) == 0) {
              if (loTail == null)
                loHead = e;
              else
                loTail.next = e;
              loTail = e;
            }
            else {
              if (hiTail == null)
                hiHead = e;
              else
                hiTail.next = e;
              hiTail = e;
            }
          } while ((e = next) != null);
          if (loTail != null) {
            loTail.next = null;
            newTab[j] = loHead;
          }
          if (hiTail != null) {
            hiTail.next = null;
            newTab[j + oldCap] = hiHead;
          }
        }
      }
    }
  }
  return newTab;
}

扩容的时机：

当HashMap中的元素个数超过数组大小(数组总大小length,不是数组中个数 size) * loadFactor 时， 就会进行数 组扩容，loadFactor的默认值(DEFAULT_LOAD_FACTOR)为0.75，这是一个折中的取值。也就是说，默认情况 下，数组大小(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)为16，那么当HashMap中元素个数 超过16 * 0.75=12（这个值就是代码中的threshold值，也叫做临界值）的时候，就把 数组的大小扩展为 (16 << 2) = 32，即扩大一倍，然后重新计算每个元素在数组中的位置， 而这是一个非常消耗性能的操作，所以如果我们已经预知HashMap中元素的个数， 那么预设元素的个数能够有效的提高HashMap的性能。

树形化的条件：

当HashMap中的其中一个链的对象个数如果达到了8个，此时如果capacity没有达到64，那么HashMap会先扩容解决，如果已经达到了64，那么这个链会变成树，结点类型由Node变成TreeNode类型。当然，如果当映射关系被移除后， 下次resize方法时判断树的结点个数低于6个，也会把树再转为链表。

小结：

  1. HashMap map = new HashMap(); //默认情况下，先不创建长度为16的数组

  2. 当首次调用map.put()时，再创建长度为16的数组

  3. 数组为Node类型，在jdk7中称为Entry类型

  4. 形成链表结构时，新添加的key-value对在链表的尾部（七上八下）

  5. 当数组指定索引位置的链表长度大于8时，且map中的数组的长度大于64时，此索引位置 上的所有key-value对使用红黑树进行存储。

负载因子的大小，对HashMap的影响

  • 负载因子的大小决定了HashMap的数据密度。
  • 负载因子越大密度越大，发生碰撞的几率越高，数组中的链表越容易长, 造成查询或插入时的比较次数增多，性能会下降。
  • 负载因子越小，就越容易触发扩容，数据密度也越小，意味着发生碰撞的几率越小，数组中的链表也就越短，查询和插入时比较的次数也越小，性能会更高。但是会浪费一定的内存空间。而且经常扩容也会影响性能，建 议初始化预设大一点的空间。
  • 按照其他语言的参考及研究经验，会考虑将负载因子设置为0.7~0.75，此 时平均检索长度接近于常数。

Map实现类之二：LinkedHashMap

LinkedHashMap是HashMap的子类，LinkedHashMap在HashMap的存储基础上，使用了一对双向链表来记录添加元素的顺序。

HashMap中的内部类：Node

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static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
  final int hash;
  final K key;
  V value;
  Node<K,V> next;
}

LinkedHashMap中的内部类：Entry

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static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
  Entry<K,V> before, after;
  Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
    super(hash, key, value, next);
  }
}

Map实现类之三：TreeMap

TreeMap存储 Key-Value 对时，需要根据 key-value 对进行排序，TreeMap 可以保证所有的 Key-Value 对处于有序状态。TreeSet底层使用的是红黑树结构存储数据。

TreeMap 的 Key 的排序：

  • 自然排序：TreeMap 的所有的 Key 必须实现 Comparable 接口，而且所有的 Key 应该是同一个类的对象，否则将会抛出 ClasssCastException

  • 定制排序：创建 TreeMap 时，传入一个 Comparator 对象，该对象负责对 TreeMap 中的所有 key 进行排序。此时不需要 Map 的 Key 实现 Comparable 接口

TreeMap判断两个key相等的标准：

​ 两个key通过compareTo()方法或 者compare()方法返回0。

Map实现类之四：Hashtable

Hashtable是个古老的 Map 实现类，JDK1.0就提供了，和HashMap的区别在于Hashtable是线程安全的，并且Hashtable 不允许使用 null 作为 key 和 value。Hashtable实现原理和HashMap相同，功能相同。底层都使用哈希表结构，查询速度快，很多情况下可以互用。

Map实现类之五：Properties

Properties 类是 Hashtable 的子类，该对象用于处理属性文件。由于属性文件里的 key、value 都是字符串类型，所以 Properties 里的 key 和 value 都是字符串类型。

存取数据时，建议使用setProperty(String key,String value)方法和 getProperty(String key)方法。

示例：

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Properties pros = new Properties();
pros.load(new FileInputStream("jdbc.properties"));
String user = pros.getProperty("user");
System.out.println(user);

Collections工具类

概述

Collections 是一个操作 Set、List 和 Map 等集合的工具类，Collections 中提供了一系列静态的方法对集合元素进行排序、查询和修改等操作， 还提供了对集合对象设置不可变、对集合对象实现同步控制等方法。

方法

排序操作：（均为static方法）

  • reverse(List)：反转 List 中元素的顺序

  • shuffle(List)：对 List 集合元素进行随机排序

  • sort(List)：根据元素的自然顺序对指定 List 集合元素按升序排序

  • sort(List，Comparator)：根据指定的 Comparator 产生的顺序对 List 集合元素进行排序

  • swap(List，int， int)：将指定 list 集合中的 i 处元素和 j 处元素进行交换

查找、替换

  • Object max(Collection)：根据元素的自然顺序，返回给定集合中的最大元素

  • Object max(Collection，Comparator)：根据 Comparator 指定的顺序，返回 给定集合中的最大元素

  • Object min(Collection)

  • Object min(Collection，Comparator)

  • int frequency(Collection，Object)：返回指定集合中指定元素的出现次数

  • void copy(List dest,List src)：将src中的内容复制到dest中

  • boolean replaceAll(List list，Object oldVal，Object newVal)：使用新值替换 List 对象的所有旧值

同步控制方法

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