面试官:小伙子,你连Java集合都讲不清楚,怎么就敢开口要8K呀?

开始之前,先给大家讲个小故事吧:

图片来源于网络

不是这个~

面试官:你好!请简单先容一下你自己

骚年:大佬您好!我在读书的时候就十分仰慕您,您一直都是我的偶像,所以我职高刚毕业就迫不及待的学Java技术,然后来您所在的企业应聘,没想到面试官就是您

面试官:等等,职...职高?

骚年:这都不重要,噢~我亲爱的大佬,您知道吗?我非常敬仰您,也羡慕您,羡慕您头顶一毛不拔的那块地,那是我一直向往的地方...

面试官(摸了摸从右边盖到左边的头发):咳咳...,咱回归正题,额~这个,刚找工作?

骚年:不完全是,学习期间实习过一段时间

面试官:嗯,先问问,对薪资有什么希望吗?

骚年:额~我来算算,我一个月房租1200,一天抽两包6块钱的烟,中饭加晚饭一天20,还要喝饮料,用电、用水啥的,算下来8000块,这样,我就不赚钱了,就8K!

面试官:就8K?大家这边最低都是28K,那行,了解一下你的技术水平吧,问:前段时间微博服务器崩溃,是怎么回事?

骚年:啊?

面试官:额~拿错了台本,再来,说说Java集合!

骚年:这个我知道,List和Set

面试官:还有呢?

骚年:还有吗?没有了吧?

面试官:小伙子,你Java集合都说不全,怎么敢要8K啊?回家吧!

骚年:......

细说Java集合

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接口继承关系和实现

集合类存放于 Java.util 包中,主要有 3 种:set(集)、list(列表包含 Queue)和 map(映射)。

1. Collection:Collection 是集合 List、Set、Queue 的最基本的接口

2. Iterator:迭代器,可以通过迭代器遍历集合中的数据

3. Map:是映射表的基础接口

List

Java 的 List 是非常常用的数据类型。List 是有序的 Collection。Java List 一共三个实现类:分别是 ArrayList、Vector 和 LinkedList。

1、ArrayList(数组)

ArrayList 是最常用的 List 实现类,内部是通过数组实现的,它允许对元素进行快速随机访问。数组的缺点是每个元素之间不能有间隔,当数组大小不满足时需要增加存储能力,就要将已经有数组的数据复制到新的存储空间中。当从 ArrayList 的中间位置插入或者删除元素时,需要对数组进行复制、移动、代价比较高。因此,它适合随机查找和遍历,不适合插入和删除。

2、Vector(数组实现、线程同步)

Vector 与 ArrayList 一样,也是通过数组实现的,不同的是它支撑线程的同步,即某一时刻只有一个线程能够写 Vector,避免多线程同时写而引起的不一致性,但实现同步需要很高的花费,因此,访问它比访问 ArrayList 慢。

3、LinkList(链表)

LinkedList 是用链表结构存储数据的,很适合数据的动态插入和删除,随机访问和遍历速度比较慢。另外,他还提供了 List 接口中没有定义的方法,专门用于操作表头和表尾元素,可以当作堆栈、队列和双向队列使用。

Set

Set 注重独一无二的性质,该体系集合用于存储无序(存入和取出的顺序不一定相同)元素,值不能重复。对象的相等性本质是对象 hashCode 值(java 是依据对象的内存地址计算出的此序号)判断的,如果想要让两个不同的对象视为相等的,就必须覆盖 Object 的 hashCode 方法和 equals 方法。

1、HashSet(Hash 表)

哈希表边存放的是哈希值。HashSet 存储元素的顺序并不是按照存入时的顺序(和 List 显然不同) 而是按照哈希值来存的所以取数据也是按照哈希值取得。元素的哈希值是通过元素的hashcode 方法来获取的, HashSet 首先判断两个元素的哈希值,如果哈希值一样,接着会比较equals 方法 如果 equls 结果为 true ,HashSet 就视为同一个元素。如果 equals 为 false 就不是同一个元素。

哈希值相同 equals 为 false 的元素是怎么存储呢,就是在同样的哈希值下顺延(可以认为哈希值相同的元素放在一个哈希桶中)。也就是哈希一样的存一列。如图 1 表示 hashCode 值不相同的情况;图 2 表示 hashCode 值相同,但 equals 不相同的情况。

HashSet 通过 hashCode 值来确定元素在内存中的位置。一个 hashCode 位置上可以存放多个元素。

2、TreeSet(二叉树)

  1. TreeSet()是使用二叉树的原理对新 add()的对象按照指定的顺序排序(升序、降序),每增加一个对象都会进行排序,将对象插入的二叉树指定的位置。

  2. Integer 和 String 对象都可以进行默认的 TreeSet 排序,而自定义类的对象是不可以的,自己定义的类必须实现 Comparable 接口,并且覆写相应的 compareTo()函数,才可以正常使用。

  3. 在覆写 compare()函数时,要返回相应的值才能使 TreeSet 按照一定的规则来排序。

  4. 比较此对象与指定对象的顺序。如果该对象小于、等于或大于指定对象,则分别返回负整数、零或正整数。

3、LinkHashSet(HashSet+LinkedHashMap)

对于 LinkedHashSet 而言,它继承与 HashSet、又基于 LinkedHashMap 来实现的。LinkedHashSet 底层使用 LinkedHashMap 来保存所有元素,它继承与 HashSet,其所有的方法操作上又与 HashSet 相同,因此 LinkedHashSet 的实现上非常简单,只提供了四个构造方法,并通过传递一个标识参数,调用父类的构造器,底层构造一个 LinkedHashMap 来实现,在相关操作上与父类 HashSet 的操作相同,直接调用父类 HashSet 的方法即可。

Map

1、HashMap(数组+链表+红黑树)

HashMap 根据键的 hashCode 值存储数据,大多数情况下可以直接定位到它的值,因而具有很快的访问速度,但遍历顺序却是不确定的。HashMap 最多只允许一条记录的键为 null,允许多条记录的值为 null。HashMap 非线程安全,即任一时刻可以有多个线程同时写 HashMap,可能会导致数据的不一致。如果需要满足线程安全,可以用 Collections 的 synchronizedMap 方法使HashMap 具有线程安全的能力,或者使用 ConcurrentHashMap。大家用下面这张图来先容HashMap 的结构。

(1)JAVA7 实现

大方向上,HashMap 里面是一个数组,然后数组中每个元素是一个单向链表。上图中,每个绿色的实体是嵌套类 Entry 的实例,Entry 包含四个属性:key, value, hash 值和用于单向链表的 next。

  1. capacity:当前数组容量,始终保持 2^n,可以扩容,扩容后数组大小为当前的 2 倍。

  2. loadFactor:负载因子,默认为 0.75。

  3. threshold:扩容的阈值,等于 capacity * loadFactor。

(2)JAVA8 实现

Java8 对 HashMap 进行了一些修改,最大的不同就是利用了红黑树,所以其由数组+链表+红黑树组成。

根据 Java7 HashMap 的先容,大家知道,查找的时候,根据 hash 值大家能够快速定位到数组的具体下标,但是之后的话,需要顺着链表一个个比较下去才能找到大家需要的,时间复杂度取决于链表的长度,为 O(n)。为了降低这部分的开销,在 Java8 中,当链表中的元素超过了 8 个以后,会将链表转换为红黑树,在这些位置进行查找的时候可以降低时间复杂度为O(logN)。

2、ConcurrentHashMap

(1)Segment 段

ConcurrentHashMap 和 HashMap 思路是差不多的,但是因为它支撑并发操作,所以要复杂一些。整个 ConcurrentHashMap 由一个个 Segment 组成,Segment 代表”部分“或”一段“的意思,所以很多地方都会将其描述为分段锁。注意,行文中,我很多地方用了“槽”来代表一个segment。

(2)线程安全(Segment 继承 ReentrantLock 加锁)

简单理解就是,ConcurrentHashMap 是一个 Segment 数组,Segment 通过继承ReentrantLock 来进行加锁,所以每次需要加锁的操作锁住的是一个 segment,这样只要保证每个 Segment 是线程安全的,也就实现了全局的线程安全。

(3)并行度(默认 16)

concurrencyLevel:并行级别、并发数、Segment 数,怎么翻译不重要,理解它。默认是16,也就是说 ConcurrentHashMap 有 16 个 Segments,所以理论上,这个时候,最多可以同时支撑 16 个线程并发写,只要它们的操作分别分布在不同的 Segment 上。这个值可以在初始化的时候设置为其他值,但是一旦初始化以后,它是不可以扩容的。再具体到每个 Segment 内部,其实每个 Segment 很像之前先容的 HashMap,不过它要保证线程安全,所以处理起来要麻烦些。

(4)Java8 实现 (引入了红黑树)

Java8 对 ConcurrentHashMap 进行了比较大的改动,Java8 也引入了红黑树。

3、HashTable(线程安全)

Hashtable 是遗留类,很多映射的常用功能与 HashMap 类似,不同的是它承自Dictionary类,并且是线程安全的,任一时间只有一个线程能写 Hashtable,并发性不如ConcurrentHashMap,因为ConcurrentHashMap 引入了分段锁。Hashtable 不建议在新代码中使用,不需要线程安全的场合可以用 HashMap 替换,需要线程安全的场合可以用ConcurrentHashMap 替换。

4、TreeMap(可排序)

TreeMap 实现 SortedMap 接口,能够把它保存的记录根据键排序,默认是按键值的升序排序,也可以指定排序的比较器,当用 Iterator 遍历 TreeMap 时,得到的记录是排过序的。如果使用排序的映射,建议使用 TreeMap。在使用 TreeMap 时,key 必须实现 Comparable 接口或者在构造 TreeMap 传入自定义的Comparator,否则会在运行时抛出java.lang.ClassCastException 类型的异常。

5、LinkHashMap(记录插入顺序)

LinkedHashMap 是 HashMap 的一个子类,保存了记录的插入顺序,在用 Iterator 编LinkedHashMap 时,先得到的记录肯定是先插入的,也可以在构造时带参数,按照访问次序排序。

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