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arraylist扩容是创建新数组吗java_搞定Java集合面试,这3万字长文就够了

作为Java求职者,无数次被问到过集合的知识,同时作为一位周角公司小菜面试官”,我也肯定会问面试者集合的知识,所以就有了这

作为Java求职者,无数次被问到过集合的知识,同时作为一位"周角公司小菜面试官”,我也肯定会问面试者集合的知识,所以就有了这篇,源码较多,建议静下心来哈,一起学习,一起进步

面向对象语言对事物的体现都是以对象的形式,所以为了方便对多个对象的操作,需要将对象进行存储,集合就是存储对象最常用的一种方式,也叫容器。

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从上面的集合框架图可以看到,Java 集合框架主要包括两种类型的容器

  • 一种是集合(Collection),存储一个元素集合
  • 另一种是图(Map),存储键/值对映射。

Collection 接口又有 3 种子类型,List、Set 和 Queue,再下面是一些抽象类,最后是具体实现类,常用的有 ArrayList、LinkedList、HashSet、LinkedHashSet、HashMap、LinkedHashMap 等等。

集合框架是一个用来代表和操纵集合的统一架构。所有的集合框架都包含如下内容:

  • 接口:是代表集合的抽象数据类型。例如 Collection、List、Set、Map 等。之所以定义多个接口,是为了以不同的方式操作集合对象
  • 实现(类):是集合接口的具体实现。从本质上讲,它们是可重复使用的数据结构,例如:ArrayList、LinkedList、HashSet、HashMap。
  • 算法:是实现集合接口的对象里的方法执行的一些有用的计算,例如:搜索和排序。这些算法被称为多态,那是因为相同的方法可以在相似的接口上有着不同的实现。

说说常用的集合有哪些吧?

Map 接口和 Collection 接口是所有集合框架的父接口:

  1. Collection接口的子接口包括:Set、List、Queue
  2. List是有序的不允许有重复元素的Collection,实现类主要有:ArrayList、LinkedList、Stack以及Vector等
  3. Set是一种不包含重复元素且无序的Collection,实现类主要有:HashSet、TreeSet、LinkedHashSet等
  4. Map没有继承Collection接口,Map提供key到value的映射。实现类主要有:HashMap、TreeMap、Hashtable、ConcurrentHashMap 以及 Properties 等

ArrayList 和 Vector 的区别

相同点:

  • ArrayList 和 Vector 都是继承了相同的父类和实现了相同的接口(都实现了List,有序、允许重复和null)
  • 底层都是数组(Object[])实现的
  • 初始默认长度都为10

不同点:

  • 同步性:Vector 中的 public 方法多数添加了 synchronized 关键字、以确保方法同步、也即是 Vector 线程安全、ArrayList 线程不安全
  • 性能:Vector 存在 synchronized 的锁等待情况、需要等待释放锁这个过程、所以性能相对较差
  • 扩容大小:ArrayList在底层数组不够用时在原来的基础上扩展 0.5 倍,Vector 默认是扩展 1 倍 扩容机制,扩容方法其实就是新创建一个数组,然后将旧数组的元素都复制到新数组里面。其底层的扩容方法都在 grow() 中(基于JDK8)
    • ArrayList 的 grow(),在满足扩容条件时、ArrayList以1.5 倍的方式在扩容(oldCapacity >> 1 ,右移运算,相当于除以 2,结果为二分之一的 oldCapacity)
    • Vector 的 grow(),Vector 比 ArrayList多一个属性 capacityIncrement,可以指定扩容大小。当扩容容量增量大于 0 时、新数组长度为 原数组长度**+**扩容容量增量、否则新数组长度为原数组长度的 2

ArrayList 与 LinkedList 区别
  • 是否保证线程安全:ArrayList 和 LinkedList 都是不同步的,也就是不保证线程安全;
  • 底层数据结构:Arraylist 底层使用的是 Object 数组;LinkedList 底层使用的是双向循环链表数据结构;
  • 插入和删除是否受元素位置的影响:
    • ArrayList 采用数组存储,所以插入和删除元素的时间复杂度受元素位置的影响。 比如:执行 add(E e)方法的时候, ArrayList 会默认在将指定的元素追加到此列表的末尾,这种情况时间复杂度就是O(1)。但是如果要在指定位置 i 插入和删除元素的话( add(intindex,E element))时间复杂度就为 O(n-i)。因为在进行上述操作的时候集合中第 i 和第 i 个元素之后的(n-i)个元素都要执行向后位/向前移一位的操作。
    • LinkedList 采用链表存储,所以插入,删除元素时间复杂度不受元素位置的影响,都是近似 ,而数组为近似 。
    • ArrayList 一般应用于查询较多但插入以及删除较少情况,如果插入以及从删除较多则建议使用 LinkedList
  • 是否支持快速随机访问:LinkedList 不支持高效的随机元素访问,而 ArrayList 实现了 RandomAccess 接口,所以有随机访问功能。快速随机访问就是通过元素的序号快速获取元素对象(对应于 get(intindex)方法)。
  • 内存空间占用:ArrayList 的空间浪费主要体现在在 list 列表的结尾会预留一定的容量空间,而 LinkedList 的空间花费则体现在它的每一个元素都需要消耗比 ArrayList 更多的空间(因为要存放直接后继和直接前驱以及数据)。

高级工程师的我,可不得看看源码,具体分析下:

  • ArrayList工作原理其实很简单,底层是动态数组,每次创建一个 ArrayList 实例时会分配一个初始容量(没有指定初始容量的话,默认是 10),以add方法为例,如果没有指定初始容量,当执行add方法,先判断当前数组是否为空,如果为空则给保存对象的数组分配一个最小容量,默认为10。当添加大容量元素时,会先增加数组的大小,以提高添加的效率;
  • LinkedList 是有序并且支持元素重复的集合,底层是基于双向链表的,即每个节点既包含指向其后继的引用也包括指向其前驱的引用。链表无容量限制,但双向链表本身使用了更多空间,也需要额外的链表指针操作。按下标访问元素 get(i)/set(i,e) 要悲剧的遍历链表将指针移动到位(如果i>数组大小的一半,会从末尾移起)。插入、删除元素时修改前后节点的指针即可,但还是要遍历部分链表的指针才能移动到下标所指的位置,只有在链表两头的操作add(), addFirst(),removeLast()或用 iterator() 上的 remove() 能省掉指针的移动。此外 LinkedList 还实现了 Deque(继承自Queue接口)接口,可以当做队列使用。

ps:不会囊括所有方法,只是为了学习,记录思想。

ArrayList 和 LinkedList 两者都实现了 List 接口

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构造器

ArrayList 提供了 3 个构造器,①无参构造器 ②带初始容量构造器 ③参数为集合构造器

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LinkedList 提供了 2 个构造器,因为基于链表,所以也就没有初始化大小,也没有扩容的机制,就是一直在前面或者后面插插插~~

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插入

ArrayList 的 add() 方法

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当然也可以插入指定位置,还有一个重载的方法 add(int index, E element)

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可以看到每次插入指定位置都要移动元素,效率较低。

再来看 LinkedList 的插入,也有插入末尾,插入指定位置两种,由于基于链表,肯定得先有个 Node

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获取

ArrayList 的 get() 方法很简单,就是在数组中返回指定位置的元素即可,所以效率很高

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LinkedList 的 get() 方法,就是在内部调用了上边看到的 node() 方法,判断在前半段还是在后半段,然后遍历得到即可。

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HashMap的底层实现

什么时候会使用HashMap?他有什么特点?

你知道HashMap的工作原理吗?

你知道 get 和 put 的原理吗?equals() 和 hashCode() 的都有什么作用?

你知道hash的实现吗?为什么要这样实现?

如果HashMap的大小超过了负载因子(load factor)定义的容量,怎么办?

HashMap 在 JDK 7 和 JDK8 中的实现方式略有不同。分开记录。

JDK1.7 实现

深入 HahsMap 之前,先要了解的概念

  1. initialCapacity&#xff1a;初始容量。指的是 HashMap 集合初始化的时候自身的容量。可以在构造方法中指定&#xff1b;如果不指定的话&#xff0c;总容量默认值是 16 。需要注意的是初始容量必须是 2 的幂次方。(1.7中&#xff0c;已知HashMap中将要存放的 KV 个数的时候&#xff0c;设置一个合理的初始化容量可以有效的提高性能)static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY &#61; 1 <<4; // aka 16
  2. size&#xff1a;当前 HashMap 中已经存储着的键值对数量&#xff0c;即 HashMap.size()
  3. loadFactor&#xff1a;加载因子。所谓的加载因子就是 HashMap (当前的容量/总容量) 到达一定值的时候&#xff0c;HashMap 会实施扩容。加载因子也可以通过构造方法中指定&#xff0c;默认的值是 0.75 。举个例子&#xff0c;假设有一个 HashMap 的初始容量为 16 &#xff0c;那么扩容的阀值就是 0.75 * 16 &#61; 12 。也就是说&#xff0c;在你打算存入第 13 个值的时候&#xff0c;HashMap 会先执行扩容。
  4. threshold&#xff1a;扩容阀值。即 扩容阀值 &#61; HashMap 总容量 * 加载因子。当前 HashMap 的容量大于或等于扩容阀值的时候就会去执行扩容。扩容的容量为当前 HashMap 总容量的两倍。比如&#xff0c;当前 HashMap 的总容量为 16 &#xff0c;那么扩容之后为 32 。
  5. table&#xff1a;Entry 数组。我们都知道 HashMap 内部存储 key/value 是通过 Entry 这个介质来实现的。而 table 就是 Entry 数组。

JDK1.7 中 HashMap 由 数组&#43;链表 组成(“链表散列” 即数组和链表的结合体)&#xff0c;数组是 HashMap 的主体&#xff0c;链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的(HashMap 采用 “拉链法也就是链地址法” 解决冲突)&#xff0c;如果定位到的数组位置不含链表(当前 entry 的 next 指向 null ),那么对于查找&#xff0c;添加等操作很快&#xff0c;仅需一次寻址即可&#xff1b;如果定位到的数组包含链表&#xff0c;对于添加操作&#xff0c;其时间复杂度依然为 O(1)&#xff0c;因为最新的 Entry 会插入链表头部&#xff0c;即需要简单改变引用链即可&#xff0c;而对于查找操作来讲&#xff0c;此时就需要遍历链表&#xff0c;然后通过 key 对象的 equals 方法逐一比对查找。

所谓 “拉链法” 就是将链表和数组相结合。也就是说创建一个链表数组&#xff0c;数组中每一格就是一个链表。若遇到哈希冲突&#xff0c;则将冲突的值加到链表中即可。

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源码解析

构造方法

《阿里巴巴 Java 开发手册》推荐集合初始化时&#xff0c;指定集合初始值大小。(说明&#xff1a;HashMap 使用HashMap(int initialCapacity) 初始化)&#xff0c;原因&#xff1a;https://www.zhihu.com/question/314006228/answer/611170521

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HashMap 的前 3 个构造方法最后都会去调用 HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) 。在其内部去设置初始容量和加载因子。而最后的 init() 是空方法&#xff0c;主要给子类实现&#xff0c;比如 LinkedHashMap。

put() 方法
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最后的 createEntry() 方法就说明了当 hash 冲突时&#xff0c;采用的拉链法来解决 hash 冲突的&#xff0c;并且是把新元素是插入到单边表的表头。

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get() 方法
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JDK1.8 实现

JDK 1.7 中&#xff0c;如果哈希碰撞过多&#xff0c;拉链过长&#xff0c;极端情况下&#xff0c;所有值都落入了同一个桶内&#xff0c;这就退化成了一个链表。通过 key 值查找要遍历链表&#xff0c;效率较低。JDK1.8在解决哈希冲突时有了较大的变化&#xff0c;当链表长度大于阈值(默认为8)时&#xff0c;将链表转化为红黑树&#xff0c;以减少搜索时间。

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TreeMap、TreeSet以及 JDK1.8 之后的 HashMap 底层都用到了红黑树。红黑树就是为了解决二叉查找树的缺陷&#xff0c;因为二叉查找树在某些情况下会退化成一个线性结构。

源码解析

构造方法

JDK8 构造方法改动不是很大

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确定哈希桶数组索引位置(hash 函数的实现)
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HashMap定位数组索引位置&#xff0c;直接决定了hash方法的离散性能。Hash算法本质上就是三步&#xff1a;取key的hashCode值、高位运算、取模运算

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hash

为什么要这样呢&#xff1f;

HashMap 的长度为什么是2的幂次方?

目的当然是为了减少哈希碰撞&#xff0c;使 table 里的数据分布的更均匀。

  1. HashMap 中桶数组的大小 length 总是2的幂&#xff0c;此时&#xff0c;h & (table.length -1) 等价于对 length 取模 h%length。但取模的计算效率没有位运算高&#xff0c;所以这是是一个优化。假设 h &#61; 185&#xff0c;table.length-1 &#61; 15(0x1111)&#xff0c;其实散列真正生效的只是低 4bit 的有效位&#xff0c;所以很容易碰撞。img
  2. 图中的 hash 是由键的 hashCode 产生。计算余数时&#xff0c;由于 n 比较小&#xff0c;hash 只有低4位参与了计算&#xff0c;高位的计算可以认为是无效的。这样导致了计算结果只与低位信息有关&#xff0c;高位数据没发挥作用。为了处理这个缺陷&#xff0c;我们可以上图中的 hash 高4位数据与低4位数据进行异或运算&#xff0c;即 hash ^ (hash >>> 4)。通过这种方式&#xff0c;让高位数据与低位数据进行异或&#xff0c;以此加大低位信息的随机性&#xff0c;变相的让高位数据参与到计算中。此时的计算过程如下&#xff1a;img在 Java 中&#xff0c;hashCode 方法产生的 hash 是 int 类型&#xff0c;32 位宽。前16位为高位&#xff0c;后16位为低位&#xff0c;所以要右移16位&#xff0c;即 hash ^ (hash >>> 16) 。这样还增加了hash 的复杂度&#xff0c;进而影响 hash 的分布性。

put() 方法
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resize() 扩容
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get() 方法
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Hashtable

Hashtable 和 HashMap 都是散列表&#xff0c;也是用”拉链法“实现的哈希表。保存数据和 JDK7 中的 HashMap 一样&#xff0c;是 Entity 对象&#xff0c;只是 Hashtable 中的几乎所有的 public 方法都是 synchronized 的&#xff0c;而有些方法也是在内部通过 synchronized 代码块来实现&#xff0c;效率肯定会降低。且 put() 方法不允许空值。

使用次数太少&#xff0c;不深究。

HashMap 和 Hashtable 的区别
  1. 线程是否安全&#xff1a; HashMap 是非线程安全的&#xff0c;HashTable 是线程安全的&#xff1b;HashTable 内部的方法基本都经过 synchronized 修饰。(如果你要保证线程安全的话就使用 ConcurrentHashMap 吧&#xff01;)&#xff1b;
  2. 效率&#xff1a; 因为线程安全的问题&#xff0c;HashMap 要比 HashTable 效率高一点。另外&#xff0c;HashTable 基本被淘汰&#xff0c;不要在代码中使用它&#xff1b;
  3. 对Null key 和Null value的支持&#xff1a; HashMap 中&#xff0c;null 可以作为键&#xff0c;这样的键只有一个&#xff0c;可以有一个或多个键所对应的值为 null。。但是在 HashTable 中 put 进的键值只要有一个 null&#xff0c;直接抛出 NullPointerException。
  4. 初始容量大小和每次扩充容量大小的不同 &#xff1a;
  • 创建时如果不指定容量初始值&#xff0c;Hashtable 默认的初始大小为11&#xff0c;之后每次扩充&#xff0c;容量变为原来的2n&#43;1。HashMap 默认的初始化大小为16。之后每次扩充&#xff0c;容量变为原来的2倍。
  • 创建时如果给定了容量初始值&#xff0c;那么 Hashtable 会直接使用你给定的大小&#xff0c;而 HashMap 会将其扩充为2的幂次方大小。也就是说 HashMap 总是使用2的幂次方作为哈希表的大小,后面会介绍到为什么是2的幂次方。
  1. 底层数据结构&#xff1a; JDK1.8 以后的 HashMap 在解决哈希冲突时有了较大的变化&#xff0c;当链表长度大于阈值(默认为8)时&#xff0c;将链表转化为红黑树&#xff0c;以减少搜索时间。Hashtable 没有这样的机制。
  2. HashMap的迭代器(Iterator)是fail-fast迭代器&#xff0c;但是 Hashtable的迭代器(enumerator)不是 fail-fast的。如果有其它线程对HashMap进行的添加/删除元素&#xff0c;将会抛出ConcurrentModificationException&#xff0c;但迭代器本身的remove方法移除元素则不会抛出异常。这条同样也是 Enumeration 和 Iterator 的区别。

ConcurrentHashMap

HashMap在多线程情况下&#xff0c;在put的时候&#xff0c;插入的元素超过了容量(由负载因子决定)的范围就会触发扩容操作&#xff0c;就是rehash&#xff0c;这个会重新将原数组的内容重新hash到新的扩容数组中&#xff0c;在多线程的环境下&#xff0c;存在同时其他的元素也在进行put操作&#xff0c;如果hash值相同&#xff0c;可能出现同时在同一数组下用链表表示&#xff0c;造成闭环&#xff0c;导致在get时会出现死循环&#xff0c;所以HashMap是线程不安全的。

Hashtable&#xff0c;是线程安全的&#xff0c;它在所有涉及到多线程操作的都加上了synchronized关键字来锁住整个table&#xff0c;这就意味着所有的线程都在竞争一把锁&#xff0c;在多线程的环境下&#xff0c;它是安全的&#xff0c;但是无疑是效率低下的。

JDK1.7 实现

Hashtable 容器在竞争激烈的并发环境下表现出效率低下的原因&#xff0c;是因为所有访问 Hashtable 的线程都必须竞争同一把锁&#xff0c;那假如容器里有多把锁&#xff0c;每一把锁用于锁容器其中一部分数据&#xff0c;那么当多线程访问容器里不同数据段的数据时&#xff0c;线程间就不会存在锁竞争&#xff0c;&#xff0c;这就是ConcurrentHashMap所使用的锁分段技术。

在 JDK1.7版本中&#xff0c;ConcurrentHashMap 的数据结构是由一个 Segment 数组和多个 HashEntry 组成。Segment 数组的意义就是将一个大的 table 分割成多个小的 table 来进行加锁。每一个 Segment 元素存储的是 HashEntry数组&#43;链表&#xff0c;这个和 HashMap 的数据存储结构一样。

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ConcurrentHashMap 类中包含两个静态内部类 HashEntry 和 Segment。HashEntry 用来封装映射表的键值对&#xff0c;Segment 用来充当锁的角色&#xff0c;每个 Segment 对象守护整个散列映射表的若干个桶。每个桶是由若干个 HashEntry 对象链接起来的链表。一个 ConcurrentHashMap 实例中包含由若干个 Segment 对象组成的数组。每个 Segment 守护着一个 HashEntry 数组里的元素&#xff0c;当对 HashEntry 数组的数据进行修改时&#xff0c;必须首先获得它对应的 Segment 锁。

Segment 类

Segment 类继承于 ReentrantLock 类&#xff0c;从而使得 Segment 对象能充当可重入锁的角色。一个 Segment 就是一个子哈希表&#xff0c;Segment 里维护了一个 HashEntry 数组&#xff0c;并发环境下&#xff0c;对于不同 Segment 的数据进行操作是不用考虑锁竞争的。

从源码可以看到&#xff0c;Segment 内部类和我们上边看到的 HashMap 很相似。也有负载因子&#xff0c;阈值等各种属性。

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HashEntry 类

HashEntry 是目前我们最小的逻辑处理单元。一个ConcurrentHashMap 维护一个 Segment 数组&#xff0c;一个Segment维护一个 HashEntry 数组。

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ConcurrentHashMap 类

默认的情况下&#xff0c;每个ConcurrentHashMap 类会创建16个并发的 segment&#xff0c;每个 segment 里面包含多个 Hash表&#xff0c;每个 Hash 链都是由 HashEntry 节点组成的。

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put() 方法
  1. 定位segment并确保定位的Segment已初始化
  2. 调用 Segment的 put 方法。
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get() 方法

get方法无需加锁&#xff0c;由于其中涉及到的共享变量都使用volatile修饰&#xff0c;volatile可以保证内存可见性&#xff0c;所以不会读取到过期数据

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JDK1.8 实现
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ConcurrentHashMap 在 JDK8 中进行了巨大改动&#xff0c;光是代码量就从1000多行增加到6000行&#xff01;1.8摒弃了Segment(锁段)的概念&#xff0c;采用了 CAS &#43; synchronized 来保证并发的安全性。

可以看到&#xff0c;和HashMap 1.8的数据结构很像。底层数据结构改变为采用数组&#43;链表&#43;红黑树的数据形式。

和 HashMap1.8 相同的一些地方
  • 底层数据结构一致
  • HashMap初始化是在第一次put元素的时候进行的&#xff0c;而不是init
  • HashMap的底层数组长度总是为2的整次幂
  • 默认树化的阈值为 8&#xff0c;而链表化的阈值为 6
  • hash算法也很类似&#xff0c;但多了一步& HASH_BITS&#xff0c;该步是为了消除最高位上的负符号&#xff0c;hash的负在ConcurrentHashMap中有特殊意义表示在扩容或者是树节点
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一些关键属性
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put() 方法
  1. 首先会判断 key、value是否为空&#xff0c;如果为空就抛异常&#xff01;
  2. spread()方法获取hash&#xff0c;减小hash冲突
  3. 判断是否初始化table数组&#xff0c;没有的话调用initTable()方法进行初始化
  4. 判断是否能直接将新值插入到table数组中
  5. 判断当前是否在扩容&#xff0c;MOVED为-1说明当前ConcurrentHashMap正在进行扩容操作&#xff0c;正在扩容的话就进行协助扩容
  6. 当table[i]为链表的头结点&#xff0c;在链表中插入新值&#xff0c;通过synchronized (f)的方式进行加锁以实现线程安全性。
    1. 在链表中如果找到了与待插入的键值对的key相同的节点&#xff0c;就直接覆盖
    2. 如果没有找到的话&#xff0c;就直接将待插入的键值对追加到链表的末尾
  7. 当table[i]为红黑树的根节点&#xff0c;在红黑树中插入新值/覆盖旧值
  8. 根据当前节点个数进行调整&#xff0c;否需要转换成红黑树(个数大于等于8&#xff0c;就会调用treeifyBin方法将tabel[i]第i个散列桶拉链转换成红黑树)
  9. 对当前容量大小进行检查&#xff0c;如果超过了临界值(实际大小*加载因子)就进行扩容
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我们可以发现 JDK8 中的实现也是锁分离的思想&#xff0c;只是锁住的是一个 Node&#xff0c;而不是 JDK7 中的 Segment&#xff0c;而锁住Node 之前的操作是无锁的并且也是线程安全的&#xff0c;建立在原子操作上。

get() 方法

get 方法无需加锁&#xff0c;由于其中涉及到的共享变量都使用 volatile 修饰&#xff0c;volatile 可以保证内存可见性&#xff0c;所以不会读取到过期数据

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Hashtable 和 ConcurrentHashMap 的区别

ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的区别主要体现在实现线程安全的方式上不同。

  • 底层数据结构&#xff1a; JDK1.7的 ConcurrentHashMap 底层采用 分段的数组&#43;链表 实现&#xff0c;JDK1.8 采用的数据结构和HashMap1.8的结构类似&#xff0c;数组&#43;链表/红黑二叉树。Hashtable 和 JDK1.8 之前的 HashMap 的底层数据结构类似都是采用 数组&#43;链表 的形式&#xff0c;数组是 HashMap 的主体&#xff0c;链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的&#xff1b;
  • 实现线程安全的方式(重要)&#xff1a;
    • 在JDK1.7的时候&#xff0c;ConcurrentHashMap(分段锁) 对整个桶数组进行了分割分段(Segment)&#xff0c;每一把锁只锁容器其中一部分数据&#xff0c;多线程访问容器里不同数据段的数据&#xff0c;就不会存在锁竞争&#xff0c;提高并发访问率。(默认分配16个Segment&#xff0c;比Hashtable效率提高16倍。) 到了 JDK1.8 的时候已经摒弃了Segment的概念&#xff0c;而是直接用 Node 数组&#43;链表/红黑树的数据结构来实现&#xff0c;并发控制使用 synchronized 和 CAS 来操作。(JDK1.6以后 对 synchronized锁做了很多优化) 整个看起来就像是优化过且线程安全的 HashMap&#xff0c;虽然在 JDK1.8 中还能看到 Segment 的数据结构&#xff0c;但是已经简化了属性&#xff0c;只是为了兼容旧版本&#xff1b;
    • Hashtable(同一把锁) :使用 synchronized 来保证线程安全&#xff0c;效率非常低下。当一个线程访问同步方法时&#xff0c;其他线程也访问同步方法&#xff0c;可能会进入阻塞或轮询状态&#xff0c;如使用 put 添加元素&#xff0c;另一个线程不能使用 put 添加元素&#xff0c;也不能使用 get&#xff0c;竞争越激烈效率越低。

list 可以删除吗&#xff0c;遍历的时候可以删除吗&#xff0c;为什么

Java快速失败(fail-fast)和安全失败(fail-safe)区别

快速失败(fail—fast)

在用迭代器遍历一个集合对象时&#xff0c;如果遍历过程中对集合对象的内容进行了修改(增加、删除、修改)&#xff0c;则会抛出ConcurrentModificationException。

原理&#xff1a;迭代器在遍历时直接访问集合中的内容&#xff0c;并且在遍历过程中使用一个 modCount 变量。集合在被遍历期间如果内容发生变化&#xff0c;就会改变 modCount 的值。每当迭代器使用 hashNext()/next() 遍历下一个元素之前&#xff0c;都会检测 modCount 变量是否为 expectedmodCount 值&#xff0c;是的话就返回遍历&#xff1b;否则抛出异常&#xff0c;终止遍历。

注意&#xff1a;这里异常的抛出条件是检测到 modCount&#xff01;&#61;expectedmodCount 这个条件。如果集合发生变化时修改modCount 值刚好又设置为了 expectedmodCount 值&#xff0c;则异常不会抛出。因此&#xff0c;不能依赖于这个异常是否抛出而进行并发操作的编程&#xff0c;这个异常只建议用于检测并发修改的bug。

场景&#xff1a;java.util包下的集合类都是快速失败的&#xff0c;不能在多线程下发生并发修改(迭代过程中被修改)。

安全失败(fail—safe)

采用安全失败机制的集合容器&#xff0c;在遍历时不是直接在集合内容上访问的&#xff0c;而是先复制原有集合内容&#xff0c;在拷贝的集合上进行遍历。

原理&#xff1a;由于迭代时是对原集合的拷贝进行遍历&#xff0c;所以在遍历过程中对原集合所作的修改并不能被迭代器检测到&#xff0c;所以不会触发 Concurrent Modification Exception。

缺点&#xff1a;基于拷贝内容的优点是避免了Concurrent Modification Exception&#xff0c;但同样地&#xff0c;迭代器并不能访问到修改后的内容&#xff0c;即&#xff1a;迭代器遍历的是开始遍历那一刻拿到的集合拷贝&#xff0c;在遍历期间原集合发生的修改迭代器是不知道的。

场景&#xff1a;java.util.concurrent包下的容器都是安全失败&#xff0c;可以在多线程下并发使用&#xff0c;并发修改。

快速失败和安全失败是对迭代器而言的。快速失败&#xff1a;当在迭代一个集合的时候&#xff0c;如果有另外一个线程在修改这个集合&#xff0c;就会抛出ConcurrentModification异常&#xff0c;java.util下都是快速失败。安全失败&#xff1a;在迭代时候会在集合二层做一个拷贝&#xff0c;所以在修改集合上层元素不会影响下层。在java.util.concurrent下都是安全失败

如何避免fail-fast &#xff1f;
  • 在单线程的遍历过程中&#xff0c;如果要进行remove操作&#xff0c;可以调用迭代器 ListIterator 的 remove 方法而不是集合类的 remove方法。看看 ArrayList中迭代器的 remove方法的源码&#xff0c;该方法不能指定元素删除&#xff0c;只能remove当前遍历元素。
  • 使用并发包(java.util.concurrent)中的类来代替 ArrayList 和 hashMap
    • CopyOnWriterArrayList 代替 ArrayList
    • ConcurrentHashMap 代替 HashMap

Iterator 和 Enumeration 区别

在Java集合中&#xff0c;我们通常都通过 “Iterator(迭代器)” 或 “Enumeration(枚举类)” 去遍历集合。

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  • 函数接口不同&#xff0c;Enumeration只有2个函数接口。通过Enumeration&#xff0c;我们只能读取集合的数据&#xff0c;而不能对数据进行修改。Iterator只有3个函数接口。Iterator除了能读取集合的数据之外&#xff0c;也能数据进行删除操作。
  • Iterator支持 fail-fast机制&#xff0c;而Enumeration不支持。Enumeration 是JDK 1.0添加的接口。使用到它的函数包括Vector、Hashtable等类&#xff0c;这些类都是JDK 1.0中加入的&#xff0c;Enumeration存在的目的就是为它们提供遍历接口。Enumeration本身并没有支持同步&#xff0c;而在Vector、Hashtable实现Enumeration时&#xff0c;添加了同步。而Iterator 是JDK 1.2才添加的接口&#xff0c;它也是为了HashMap、ArrayList等集合提供遍历接口。Iterator是支持fail-fast机制的&#xff1a;当多个线程对同一个集合的内容进行操作时&#xff0c;就可能会产生fail-fast事件

Comparable 和 Comparator接口有何区别&#xff1f;

Java中对集合对象或者数组对象排序&#xff0c;有两种实现方式&#xff1a;

  • 对象实现Comparable 接口
    • Comparable 在 java.lang 包下&#xff0c;是一个接口&#xff0c;内部只有一个方法 compareTo()
    • Comparable 可以让实现它的类的对象进行比较&#xff0c;具体的比较规则是按照 compareTo 方法中的规则进行。这种顺序称为 自然顺序
    • 实现了 Comparable 接口的 List 或则数组可以使用 Collections.sort() 或者 Arrays.sort() 方法进行排序
  • 定义比较器&#xff0c;实现 Comparator接口
    • Comparator 在 java.util 包下&#xff0c;也是一个接口&#xff0c;JDK 1.8 以前只有两个方法&#xff1a;comparable相当于内部比较器。comparator相当于外部比较器

区别&#xff1a;

  • Comparator 位于 java.util 包下&#xff0c;而 Comparable 位于 java.lang 包下
  • Comparable 接口的实现是在类的内部(如 String、Integer已经实现了 Comparable 接口&#xff0c;自己就可以完成比较大小操作)&#xff0c;Comparator 接口的实现是在类的外部(可以理解为一个是自已完成比较&#xff0c;一个是外部程序实现比较)
  • 实现 Comparable 接口要重写 compareTo 方法, 在 compareTo 方法里面实现比较。一个已经实现Comparable 的类的对象或数据&#xff0c;可以通过 Collections.sort(list) 或者 Arrays.sort(arr)实现排序。通过 Collections.sort(list,Collections.reverseOrder()) 对list进行倒序排列。
  • 实现Comparator需要重写 compare 方法

HashSet

HashSet是用来存储没有重复元素的集合类&#xff0c;并且它是无序的。HashSet 内部实现是基于 HashMap &#xff0c;实现了 Set 接口。

从 HahSet 提供的构造器可以看出&#xff0c;除了最后一个 HashSet 的构造方法外&#xff0c;其他所有内部就是去创建一个 Hashap 。没有其他的操作。而最后一个构造方法不是 public 的&#xff0c;所以不对外公开。

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HashSet如何检查重复

HashSet的底层其实就是HashMap&#xff0c;只不过我们HashSet是实现了Set接口并且把数据作为K值&#xff0c;而V值一直使用一个相同的虚值来保存&#xff0c;HashMap的K值本身就不允许重复&#xff0c;并且在HashMap中如果K/V相同时&#xff0c;会用新的V覆盖掉旧的V&#xff0c;然后返回旧的V。

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Iterater 和 ListIterator 之间有什么区别&#xff1f;
  • 我们可以使用Iterator来遍历Set和List集合&#xff0c;而ListIterator只能遍历List
  • ListIterator有add方法&#xff0c;可以向List中添加对象&#xff0c;而Iterator不能
  • ListIterator和Iterator都有hasNext()和next()方法&#xff0c;可以实现顺序向后遍历&#xff0c;但是ListIterator有hasPrevious()和previous()方法&#xff0c;可以实现逆向(顺序向前)遍历。Iterator不可以
  • ListIterator可以定位当前索引的位置&#xff0c;nextIndex()和previousIndex()可以实现。Iterator没有此功能
  • 都可实现删除操作&#xff0c;但是 ListIterator可以实现对象的修改&#xff0c;set()方法可以实现。Iterator仅能遍历&#xff0c;不能修改

参考与感谢

所有内容都是基于源码阅读和各种大佬之前总结的知识整理而来&#xff0c;输入并输出&#xff0c;奥利给。

  • https://www.javatpoint.com/java-arraylist
  • https://www.runoob.com/java/java-collections.html
  • https://www.javazhiyin.com/21717.html
  • https://yuqirong.me/2018/01/31/LinkedList内部原理解析/
  • https://youzhixueyuan.com/the-underlying-structure-and-principle-of-hashmap.html
  • 《HashMap源码详细分析》http://www.tianxiaobo.com/2018/01/18/HashMap-源码详细分析-JDK1-8
  • 《ConcurrentHashMap1.7源码分析》https://www.cnblogs.com/chengxiao/p/6842045.html
  • http://www.justdojava.com/2019/12/18/java-collection-15.1/



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善达集团_187
这个家伙很懒,什么也没留下!
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