java 集合hashmap hashset arraylist 详解以及常见面试题

   今天复习了一下自认为java 中很重要的一部分集合，这篇文章主要从底层源码进行分析这几种集合的区别与联系，他们的用法不多讲，用法不难；大多数东西我也是从各位大神的博客上或者书上扒下来的，小菜鸟在复习，写下来主要是一：是为了想留下点东西 二：我发现在写的过程中我可以学到很多东西；

关于java 集合的内容之前在阿里电面的时候问到的我第二个问题就是关于HashTable 线程安全的问题，问题不难但是深度问起来还是挺难回答的。接下来我根据我自己复习的情况简单写一篇文章供大家学习，希望多多指教；

    这是一张Java集合的总框架图很清晰明了  图片来源（http://blog.sina.com.cn/s/blog_51721d970100a37a.html）

 迭代器：

  　　 在讲集合之前我又不得不先看一眼迭代器   collection 和map  都属于迭代器模式的的一种；

  　　 迭代器（iterator）模式    ：迭代器（Iterator）模式，又叫做游标（Cursor）模式。GOF给出的定义为：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

  在讲集合之前我又不得不先看一眼迭代器   collection 和map  都属于迭代器的一种；

我先根据我自己的理解给大家简单的讲解一下    下边橙色的是实现类 也是我们最常使用的一种；草绿色的是抽象类上边蓝色的是接口；

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一：先讲map， Map没有继承Collection接口，Map提供key到value的映射。一个Map中不能包含相同的key，每个key只能映射一个value。Map的内容可以被当作一组key集合，一组value集合，或者一组key-value映射。  

 

       面试中常问的问题是HashMap 和HashTable 的区别与联系    在讲他们之前   HashCode 需要简单的了解一下   hashCode方法，这个方法我们平时通常是用不到的，它是为哈希家族的集合类框架(HashMap、HashSet、HashTable)提供服务，hashCode 的常规协定是：

      关于HashMap和HashTable  是面试中常问的java  经典问题；

      HashMap 几乎等同于HashTable  但是因为HashTable  使用同步锁   所以线程安全；   判断值得存在性如图1.1

　　HashMap: 1.线程不安全(因为没有使用同步锁（synchronized）)，

 　　　　　　　2.允许value  为null  ,

　　　　　　　 3.HashMap  底层是通过Entry[]  每次新建一个HashMap 就相当于新建一个Entry[]；图1.2实现原理图

                     4.调用put方法是首先通过获取  key的Hashcode 来保证key 的唯一性

　　　　　　　 5.get,put 方法都通过数组链表指针移动等方式 利用hashcode   实现；不详细讲   

  HashTable:线程安全（使用synchronized），不允许value  为 null;    其他的和HashMap  类似不多讲；

 

   

 

 

          

     

                 图1.1                                                                    图1.2

 

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二 ：关于colletion Collection是最基本的集合接口，一个Collection代表一组Object，即Collection的元素（Elements）。一些Collection允许相同的元素而另一些不行。一些能排序而另一些不行。Java SDK不提供直接继承自Collection的类，Java SDK提供的类都是继承自Collection的“子接口”如List和Set。

    List  and  set  ：

　　 1、List,Set都是继承自Collection接口

　　 2、List特点：元素有放入顺序，元素可重复 ，

 　　　  Set特点：元素无放入顺序，元素不可重复（注意：元素虽然无放入顺序，但是元素在set中的位置是有该元素的HashCode决　　　　定的，其位置其实是固定的）

　　 3、List接口有三个实现类：LinkedList，ArrayList，Vector ，Set接口有两个实现类：HashSet(底层由HashMap实现)，LinkedHashSet

   List:

 

      1. vector 是同步的所以线程安全  提供的方法和arraylist 类似不多讲

      2.关于ArrayList 和 Linkist 类（自认为是重点 ）   多讲一点  线程不安全

        ArrayList 优点：  提供了可增长数组的实现；对查询的调用花费常数的时间；

　　　　　　　 缺点：新项的插入和现有项的删除耗费时间较长  线程不安全

        而Linklist 与Array List 正好相反   它不容易做索引所以对于查询  耗费相对多一些但是对于add and  remove  方法开销缺很小；总而言之各有优缺点；（面试常　　　　问）

        其导致的原因就是   arraylist 底层用数组的形式实现的list  而 LinkList 底层用底层用双向循环链表 实现的List

 

    接下来就是set 方法了；

   set:

       HashSet  =>  1.hashset 底层是用hashmap  实现的（图 1—1 ） 

 　　　　　　　　　 2.hashset 的add方法实际上是将需要添加的对象看做底层维护的map的key值储存的，而map  的value值都是同一个值；（图 1—2）

　　　　　　　　　　  (讲到这大家应该明白为什么hashset中不能储存相同的值了，因为map中键值对的形式，键值不能相同，所以。。。。)

                           3.hashset的remove和clear实际上都是调用了map  的方法；更加充分说明了hashset底层以hashmap  为基础；（图 1—3）

                       图 1—1                                               图1—2                                                                      图1-3

 

     

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 下面是关于集合的几种常见面试题  题目来自于百度经验

 

1. 集合类特性(几个常用类的区别)

   ArrayList: 元素单个，效率高，多用于查询  Vector: 元素单个，线程安全，多用于查询  LinkedList: 元素单个，多用于插入和删除  HashMap: 元素成对，元素可为空  HashTable: 元素成对，线程安全，元素不可为空

   WeakHashMap: 是一种改进的HashMap，它对key实行“弱引用”，如果一个key不再被外部所引用，那么该key可以被GC回收

2. Iterator 是什么

   一些集合类提供了内容遍历的功能，通过java.util.Iterator接口。这些接口允许遍历对象的集合。依次操作每个元素对象。当使用Iterators时，在获得Iterator的时候包含一个集合快照。通常在遍历一个Iterator的时候不建议修改集合本省。

   Iterator与ListIterator有什么区别

   1. Iterator可用来遍历Set和List集合，但是ListIterator只能用来遍历List。  

   2. Iterator只能正向遍历集合，适用于获取移除元素。ListIerator继承Iterator,可以双向列表的遍历，同样支持元素的修改。比如：增加元素，替换元素，获取前一个和后一个元素的索引，等等。

3. Collection 和 Collections的区别

   Collection是集合类的上级接口,继承与他的接口主要有Set 和List.

   Collections是针对集合类的一个帮助类,他提供一系列静态方法实现对各种集合的搜索、排序、线程安全化等操作

   List、Map、Set三个接口，存取元素时，各有什么特点

   List  以特定次序来持有元素，可有重复元素；

   Set  无法拥有重复元素,内部排序（无序）；

   Map 保存key-value值，value可多值。

   

4. HashMap和Hashtable的区别

   都属于Map接口的类，实现了将惟一键映射到特定的值上。   

   一.历史原因:

   Hashtable是基于陈旧的Dictionary类的，HashMap是Java 1.2引进的Map接口的一个实现  

   二.同步性:

   Hashtable是线程安全的，也就是说是同步的，而HashMap是线程序不安全的，不是同步的  

   三.值：

    HashMap 类没有分类或者排序。它允许一个 null 键和多个 null 值。 

    Hashtable 类似于 HashMap，但是不允许 null 键和 null 值。

   四.效率：

   Hashtable 比 HashMap 慢，因为它是同步的。

   怎样使HashMap同步

   HashMap可以通过Map m = Collections.synchronizedMap（hashMap）来达到同步的效果。

5. ArrayList和Vector的区别

   ArrayList与Vector主要从二方面来说.  

   一.同步性:

      Vector是线程安全的，也就是说是同步的，而ArrayList是线程序不安全的，不是同步的。

   二.操作:

       由于Vector支持多线程操作，所以在性能上就比不上ArrayList了。

   三.数据增长:

          ArrayList和Vector都有一个初始的容量大小，当存储进去它们里面的元素个数超出容量的时候，就需要增加ArrayList和Vector的存储空间，每次增加存储空间的时候不是只增加一个存储单元，是增加多个存储单元。

          Vector默认增加原来的一倍，ArrayList默认增加原来的0.5倍。

          Vector可以由我们自己来设置增长的大小，ArrayList没有提供相关的方法。

   LinkedList与ArrayList有什么区别

   两者都实现的是List接口，不同之处在于：

   （1）、ArrayList是基于动态数组实现的，LinkedList是基于链表的数据结构。

   （2）、get访问List内部任意元素时，ArrayList的性能要比LinkedList性能好。LinkedList中的get方法是要按照顺序从列表的一端开始检查，直到另一端

   （3）、对于新增和删除操作LinkedList要强于ArrayList，因为ArrayList要移动数据

   附加：

          LinkedList实现了List接口，允许null元素。此外LinkedList提供额外的get，remove，insert方法在LinkedList的首部或尾部。这些操作使LinkedList可被用作堆栈（stack），队列（queue）或双向队列（deque）。

          注意LinkedList没有同步方法。如果多个线程同时访问一个List，则必须自己实现访问同步。一种解决方法是在创建List时构造一个同步的List：

   List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(…));

6. 数组(Array)和列表集合(ArrayList)有什么区别

   下面列出了Array和ArrayList的不同点： 

           Array可以包含基本类型和对象类型，ArrayList只能包含对象类型。

           Array大小是固定的，ArrayList的大小是动态变化的。 

           ArrayList提供了更多的方法和特性，比如：addAll()，removeAll()，iterator()  等等。

          对于基本类型数据，集合使用自动装箱来减少编码工作量。但是，当处理固定大小的基本数据类型的时候，这种方式相对比较慢。

   Enumeration接口和Iterator接口的区别有哪些

          Enumeration速度是Iterator的2倍，同时占用更少的内存。但是，Iterator远远比Enumeration安全，因为其他线程不能够修改正在被iterator遍历的集合里面的对象。同时，Iterator允许调用者删除底层集合里面的元素，这对Enumeration来说是不可能的。

7. HashSet和TreeSet有什么区别 

   HashSet有以下特点：

   A. 无序（不能保证元素的排列顺序，顺序有可能发生变化）B. 不同步C. 允许空值（集合元素可以是null,可以放入多个null，但会自动覆盖）

   当向HashSet结合中存入一个元素时，HashSet会调用该对象的hashCode()方法来得到该对象的hashCode值，然后根据 hashCode值来决定该对象在HashSet中存储位置。简单的说，HashSet集合判断两个元素相等的标准是两个对象通过equals方法比较相等，并且两个对象的hashCode()方法返回值相 等注意，如果要把一个对象放入HashSet中，重写该对象对应类的equals方法，也应该重写其hashCode()方法。其规则是如果两个对象通过equals方法比较返回true时，其hashCode也应该相同。另外，对象中用作equals比较标准的属性，都应该用来计算 hashCode的值。

   TreeSet有以下特点：

   A. 有序

         1. TreeSet是由一个树形的结构来实现的（数据结构是二叉树），它里面元            素是有序的

         2.TreeSet是SortedSet接口的唯一实现类，TreeSet可以确保集合元素处于           排序状 态，支持两种排序方式，自然排序和定制排序。其中自然排序为             默认的排序方式；定制排序，TreeSet中的对象元素需要实Comparable             接口

       TreeSet类中跟HashSet类一样也没有get()方法来获取列表中的元素，所以      也只能通过迭代器方法来获取

       二叉树：

             

   B. 不允许空值

         1. HashSet是通过HashMap实现的,TreeSet是通过TreeMap实现的,只不过            Set用的只是Map的key

         2. Map的key和Set都有一个共同的特性就是集合的唯一性.TreeMap更是              多 了一个有序性.

         3. TreeSet类中跟HashSet类一样也没有get()方法来获取列表中的元素，所            以也只能通过迭代器方法来获取

         4. HashSet是基于hash算法实现的，性能优于TreeSet，通常使用                        HashSet。在我们需要对其中元素排序的时候才使用TreeSet。

   

8. HashMap，LinkedMap，TreeMap的区别

   HashMap,LinkedHashMap,TreeMap都属于Map。

   LinkedHashMap是HashMap的子类。

   Map 主要用于存储键(key)值(value)对，根据键得到值，因此键不允许键重复,但允许值重复

   1.HashMap的内部结构是一个数组，线性顺序存储，二次结构使用线性的单链表。使用key的hashCode做二次hash之后，再截取小于数组长度的值为索引值。key可以为null，存在索引为0的位置上。由于使用了数组，所以有一个负载因子loadFactor的概念（临界阈值threshold）和resize。resize比较耗时，冲突时链式遍历查找也比较耗时，所以选定一个合适的初始容易比较重要。存取性能都较高。迭代遍历时一维使用数组，二维使用链表。

             HashMap            是一个最常用的Map,它根据键的HashCode 值存储数据,根据键可以直              接获取它的值，具有很快的访问速度。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不支持线程的同步，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             果需要同步，可以用 Collections的synchronizedMap方法使HashMap           具有同步的能力。

   2.LinkedHashMap是HashMap的子类。内部结构是一个数组，线性顺序存储，二次结构使用线性的单链表，但同时内部维护了一个双向循环链表,可以保持顺序。access-order=false默认为使用新增存储顺序，access-order=true则指定使用读取和访问顺序。removeEldestEntry=false（当指定为true时，就是实现LRU算法的缓存容器，当然要指定淘汰时的使用频率和容量上限，其实是一个最近最少使用-->最近使用access-order=true/最新存储access-order=false）。存取性能较HashMap差－些，但相差不大。header.after为尾方向，header.before为首方向。迭代遍历时entrySet().iterator()跟HashMap一样(有点困惑，为什么不按线性顺序进行迭代，只能重写entrySet(),keySet()和values()方法)。适用于有缓存设计需求的情况（需继承）。 3.TreeMap的内部结构是一棵红黑树（又叫排序数，是二叉树的一种），使用链式存储，可以指定比较器Comparator，key需实现Comparable接口。key不能为null。存结点性能稍差，因为需要调整树结构；取结点用的是链表遍历，但是属于有序比较，性能中等。迭代遍历时用的树的中序遍历，是一个有序序列。适用于有排序需求的情况。

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   下面是我测试用的简单的代码  发给大家吧：

    /*ArrayList */
       public static void Array (){
           ArrayList<String> arrayList = new ArrayList();
           /*arrlist 添加的方法 */
           arrayList.add("你好");
           arrayList.add("我好");
           arrayList.add("他好");
           arrayList.add("大家好");
           arrayList.add("真的好");
           //查询size
           int size = arrayList.size();
           //查询特定的元素是否存在
           boolean has = arrayList.contains("a");
           //是否为空
           boolean isEmpty = arrayList.isEmpty();
           //根据下标删除特定的元素
           arrayList.remove(1);
           //根据内容删除特定元素
           arrayList.remove("a");
           //删除全部元素
           arrayList.removeAll(arrayList);
       }
       public static void Link (){
           LinkedList<String> linkedList = new LinkedList();
           /*linklist 添加的方法 */
           linkedList.add("你好");
           linkedList.add("我好");
           linkedList.add("他好");
           linkedList.add("大家好");
           linkedList.add("真的好");
           //查询size
           int size = linkedList.size();
           //查询特定的元素是否存在
           boolean has = linkedList.contains("a");
           //是否为空
           boolean isEmpty = linkedList.isEmpty();
           //根据下标删除特定的元素
           linkedList.remove(1);
           //根据内容删除特定元素
           linkedList.remove("a");
           //删除全部元素
           linkedList.removeAll(linkedList);
   
           /*  这是比arraylist 多提供的一些方法  不多解释一看就懂*/
           linkedList.getFirst();
           linkedList.getLast();
           linkedList.removeFirst();
           linkedList.removeLast();
       }
      /*Treeset  以及利用构造器进行数据排序*/
   
      public static  void tree(){
   
          TreeSet  treeSet = new TreeSet();
          treeSet.add("A");
          treeSet.add("B");
          treeSet.add("D");
          treeSet.add("C");
   
          for(Iterator iterator= treeSet.iterator();iterator.hasNext();){
   
              System.out.println((String)iterator.next());
          }
      }
   
      /*HashSet */
       public static  void hash(){
   
           HashSet hashSet = new HashSet();
           hashSet.add("A");
           hashSet.add("B");
           hashSet.add("D");
           hashSet.add("C");
   
           /*利用迭代器的方法   排序输出*/
           for(Iterator iterator= hashSet.iterator();iterator.hasNext();){
               System.out.println((String)iterator.next());
           }
       }
   
       /*Hash Map  */
   
       public static  void hashmap(){
   
           HashMap hashMap = new HashMap();
           hashMap.put("a","A");
           hashMap.put("b","A");
           hashMap.put("c","A");
           hashMap.put("d","A");
           hashMap.put("e",null);
           /*判断某个值得存在性*/
           hashMap.containsKey("a");
           hashMap.containsValue("A");
   
           System.out.println(hashMap.get("e"));
       }
       /*HashTable*/
       public static  void hashtable(){
   
           Hashtable hashtable = new Hashtable();
           hashtable.put("a","A");
           hashtable.put("b","A");
           hashtable.put("c","A");
           hashtable.put("d","A");
           /*判断某个值得存在性    */
           hashtable.containsKey("a");
           hashtable.containsValue("A");
           hashtable.contains("b");
   
           System.out.println(hashtable.get("e"));
   
   
       }
   
      public static void main(String[] atgs){
          tree();
          hashmap();
          hashtable();
      }