No.3 常见Java集合的实现细节

1. Set和Map

• Set和Map的关系
  • Map 2 Set：把Map中的所有key集中起来看，就是一个Set（key不能重复，无序）（Map集合方法：set<K> keySet，返回所有key组成的Set集合）
  • Set  2  Map：将key-value捆绑在一起看（value当成key的附属物），并将这么捆绑的对放入Set中，即可实现将Set当做Map来使用。
• HashSet和hashMap
  • HashSet：系统采用Hash算法来存储元素；HashMap：系统采用Hash算法来存储key，（value作为key的附属<Entry>）
  • 集合中存储的当然是对对象的引用啦，也即集合是多个引用变量的集合
  • HashMap:
    • 在底层将key-value对当成一个整体来处理，即一个Entry对象。
    • HashMap底层采用一个Entry[]数组（table）来保存所有的k-v对（数组元素被称为桶<bucket>）
      • transient修饰（来自stackoverflow）
        • 1.transient 是表明该数据不参与序列化。因为 HashMap 中的存储数据的数组数据成员中，数组还有很多的空间没有被使用，没有被使用到的空间被序列化没有意义。所以需要手动使用 writeObject() 方法，只序列化实际存储元素的数组。
        • 2. 由于不同的虚拟机对于相同 hashCode 产生的 Code 值可能是不一样的，如果你使用默认的序列化，那么反序列化后，元素的位置和之前的是保持一致的，可是由于 hashCode 的值不一样了，那么定位函数 indexOf（）返回的元素下标就会不同，这样不是我们所想要的结果.
      • HashMap的实际容量（capacity）：大于initialCapacity的、最小的2的n次方法值；
      • 极限容量：capacity*loadFactor（loadFactor为负载因子，是时间、空间成本的折中，0.75）
    • 根据Hash算法来决定Entry对象的存储位置（在哪个桶中）；取Entry也是如此
    • Hash冲突时，通过“Entry链”来解决。Entry对象可以包含一个引用变量<Entry构造器中的最后一个参数>（指向下一个Entry），构成链
      • 新添加的Entry位于链的头部
  • HashSet的底层是用一个HashMap来处理的，key为Set中的元素，value存储了一个静态的Object对象
    • 向hashMap中添加key相同（hashCode和equals方法返回值都相同）的entry，将会将新的value值覆盖旧的value值；hashSet中添加相同的key时，不会覆盖，key还是原来的key（其value存储了的静态的Object对象会覆盖）（hashMap中的key也是原来的key）
      • 添加一个key相同的元素时，value会覆盖，但是key不会改变（key还是原来的key，即key不会被覆盖）
    • key相同指的是（hashcode、equals方法返回相同的元素）
    • 当将一个对象当成HashMap的key/存入HashSet，要重写hashcode、equals方法，并且两个方法的返回值保持一致。
• TreeMap和TreeSet
  • TreeSet底层是通过TreeMap实现的
  • TreeMap底层是通过一个红黑二叉树实现的，每个Entry都是二叉树的一个节点。即TreeMap本质上讲就是一个“红黑树”，其中的每个Entry就是该红黑树的一个节点。

2. Map 和 List

• Map的Values()方法
  • 返回的并不是一个List集合，而是一个Values（内部类）集合对象，该集合类并不能添加元素，主要用于遍历所有value
  • 即values()方法返回的是一个不存储元素的Collection集合，当程序遍历该集合时，实际上就是遍历Map对象的value
• Map和List的关系
  • 使用上相似，底层并没有多大的相似之处
  • 使用上：既可以说List相当于所有key都是int类型的Map，也可以说Map相当于索引是任意类型的List

3. ArrayList和LinkedList

• Vector——Stack；Deque（双端队列）——ArrayDeque<推荐>
• Vector和Arraylist的区别    （共同点：实现List接口，底层是基于Java数组的）
  • Arraylist的数组用了transient修饰
    • transient修饰，序列化对象时不会直接序列化，而是可以通过方法来实现定制序列化
  • Vector线程安全，但是已基本被替代
    • 需要线程安全时，也要避免使用Vector。考虑通过Collections工具类的synchronizedList方法（有一系列包装方法）将普通Arraylist包装成线程安全的Arraylist
• Arraylist和Linkedlist的实现差异
  • Arraylist底层数组实现：添加、删除性能差；获取指定位置元素的性能好
  • LinkedList本质上就是一个双向链表。底层通过内部类Entry实现。不涉及到具体位置情形时，性能很好。涉及到具体位置情形时，性能较差（需要挨个查找）
  • ArrayList整体性能优于LinkedList，大部分时使用ArrayList。如果经常涉及到  添加、删除，尤其经常add(E e)时，考虑LinkedList

4.Iterator迭代器（接口）

• “迭代器模式”。Java要求各集合都提供一个iterator()方法返回一个Iterator用于遍历该集合中的元素，至于返回的Iterator到底是哪个实现类，程序并不关心
  • 系统为遍历多种数据列表、集合、容器提供一个标准的“迭代器接口”，这些数据列表、集合、容器就可以面向相同的接口编程来访问元素。不同的数据列表、集合、容器如何实现这个“接口”，则交给它们自己去实现
• 迭代时删除指定元素
  • 通常情况下，在进行迭代（遍历操作）时不应该进行删除（迭代时，迭代器起的主要是遍历的作用，并没有保留迭代的元素），否则ConcurrentModificationException（next()方法中的checkForModification()方法中抛出）
  • 特殊情况下遍历List集合的倒数第2个元素时，Set集合的最后一个元素时，可以删除。
  • why：List，如果此时恰好是在遍历倒数2个元素，删除元素将会使size变为size-1，遍历会提前结束（hasNext()方法确定），就不胡调用next()，因此不会抛出异常；Set，遍历最后一个元素时，本身就是最后一个，即不会再去next，因此，删除也不会异常