之前在整理Redis的五大数据结构的时候&＃xff0c;其中提到了list、set等知识点的时候&＃xff0c;就想起来刚上大学那会的青涩时光&＃xff0c;抱着一本Java生啃得时候得傻样&＃xff0c;跟女朋友交流的时候&＃xff0c;她说那你怎么不也顺便整理一下啊&＃xff0c;自己也回想以下那个时候咱俩谈恋爱你让我在机房等你的时候&＃xff0c;哼&＃xff01;(ps&＃xff1a;我闲的没啥事提这茬干啥啊&＃xff0c;先去哄一下再回来继续写啊)

。。。

哄好了&＃xff0c;回来继续写&＃xff0c;翻出来那个时候整理的笔记&＃xff0c;这是我做的思维导图(当时我的导师要求我做的&＃xff0c;我感谢他培养了我这个习惯)&＃xff0c;正好在这里当作目录使用了(后面讲解得时候&＃xff0c;我会展开展示)

在学Java以前&＃xff0c;一说到存放东西&＃xff0c;第一个想到的就是使用数组&＃xff0c;使用数组&＃xff0c;在数据的存取方面的却也挺方便&＃xff0c;其存储效率高访问快&＃xff0c;但是它也受到了一些限制&＃xff0c;比如说数组的长度以及数组的类型&＃xff0c;当我需要一组string类型数据的同时还需要Integer类型的话&＃xff0c;就需要定义两次&＃xff0c;同时&＃xff0c;数组长度也受到限制&＃xff0c;即使是动态定义数组长度&＃xff0c;但是长度依然需要固定在某一个范围内&＃xff0c;不方便也不灵活。

如果说我想要消除上面的这个限制和不方便应该怎么办呢&＃xff1f;Java是否提供了相应的解决方法。答案是肯定的&＃xff0c;这就是Java容器&＃xff0c;java容器是javaAPI所提供的一系列类的实例&＃xff0c;用于在程序中存放对象&＃xff0c;主要位于Java.util包中&＃xff0c;其长度不受限制&＃xff0c;类型不受限制&＃xff0c;你在存放String类的时候依然能够存放Integer类&＃xff0c;两者不会冲突。

容器API类图结果如下所示&＃xff1a;

Collection接口

Collection是最基本的集合接口&＃xff0c;一个Collection代表一组Object&＃xff0c;即Collection的元素。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&＃xff0c;Java SDK提供的类都是继承自Collection的“子接口”如List和Set。

举例&＃xff1a;

import java.util.*;public class TestA{public static void main(String[] args){Collection lstcoll&＃61;new ArrayList(); lstcoll.add("China"); lstcoll.add(new String("ZD")); System.out.println("size&＃61;"&＃43;lstcoll.size()); System.out.println(lstcoll);}

结果&＃xff1a;

List接口

List是有序的Collection&＃xff0c;使用此接口能够精确的控制每个元素插入的位置。用户能够使用索引(元素在List中的位置&＃xff0c;类似于数组下标)来访问List中的元素&＃xff0c;也就是说它是有顺序的&＃xff0c;类似于Java的数组。和Set不同&＃xff0c;List允许有相同的元素。J2SDK所提供的List容器类有ArrayList、LinkedList等。

实例&＃xff1a;

import java.util.*;public class TestB{public static void main(String[] args){List l1&＃61;new LinkedList();for(int i&＃61;0;i<&＃61;5;i&＃43;&＃43;){l1.add("a"&＃43;i);}System.out.println(l1);l1.add(3,"a100");System.out.println(l1);l1.set(6,"a200");System.out.println(l1);System.out.println((String)l1.get(2)&＃43;" ");l1.remove(1);System.out.println(l1);}}

运行结果&＃xff1a;

ArrayList

ArrayList其实就相当于顺式存储&＃xff0c;它包装了一个数组 Object[]&＃xff0c;当实例化一个ArrayList时&＃xff0c;一个数组也被实例化&＃xff0c;当向ArrayList中添加对象时&＃xff0c;数组的大小也相应的改变。这样就带来以下有特点&＃xff1a; 快速随即访问&＃xff0c;你可以随即访问每个元素而不用考虑性能问题&＃xff0c;通过调用get(i)方法来访问下标为i的数组元素。 向其中添加对象速度慢&＃xff0c;当你创建数组时并不能确定其容量&＃xff0c;所以当改变这个数组时就必须在内存中做很多事情。 操作其中对象的速度慢&＃xff0c;当你要向数组中任意两个元素中间添加对象时&＃xff0c;数组需要移动所有后面的对象。

下面我们来看一下源码级实际操作

基于数组&＃xff0c;支持快速随机访问

public class ArrayList extends AbstractList implements List, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable // 实现了RandomAccess表示支持快速随机访问

数组默认大小为10&＃xff0c;基于数组实现

private static final int DEFAULT_CAPACITY &＃61; 10;transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

添加元素时会调用add()方法&＃xff0c;同时使用ensureCapacityInternal()方法来保证调用add()方法时数组的容量&＃xff0c;当数组容量不够时&＃xff0c;会调用grow()方法进行扩容。

扩容代码&＃xff1a;

private void grow(int minCapacity) { // overflow-conscious code int oldCapacity &＃61; elementData.length; int newCapacity &＃61; oldCapacity &＃43; (oldCapacity >> 1); // 扩容大小为原来的1.5倍　　　　　 ......　　　　　　......// minCapacity is usually close to size, so this is a win: elementData &＃61; Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); // 将原来的数组拷贝进新的数组&＃xff0c;扩容的代价高 }

删除元素是会调用system.arraycopy()方法&＃xff0c;将index&＃43;1后面的元素都复制到index的位置上&＃xff0c;代价高

System.arraycopy(elementData, index&＃43;1, elementData, index, numMoved);

LinkedList

LinkedList相当于链式存储&＃xff0c;它是通过节点直接彼此连接来实现的。每一个节点都包含前一个节点的引用&＃xff0c;后一个节点的引用和节点存储的值。当一个新节点插入时&＃xff0c;只需要修改其中保持先后关系的节点的引用即可&＃xff0c;当删除记录时也一样。这样就带来以下特点&＃xff1a; 操作其中对象的速度快&＃xff0c;只需要改变连接&＃xff0c;新的节点可以在内存中的任何地方。 不能随即访问&＃xff0c;虽然存在get()方法&＃xff0c;但是这个方法是通过遍历接点来定位的&＃xff0c;所以速度慢。

代码实现

private static class Node { E item; Node next; Node prev; Node(Node prev, E element, Node next) { this.item &＃61; element; this.next &＃61; next; this.prev &＃61; prev; } }

Set接口

Set是一种不包含重复的元素的Collection&＃xff0c;即任意的两个元素e1和e2都有e1.equals(e2)&＃61;false&＃xff0c;Set最多有一个null元素。 Set的构造函数有一个约束条件&＃xff0c;传入的Collection参数不能包含重复的元素。

Set容器类主要有HashSet和TreeSet等。

HashSet

此类实现 Set 接口&＃xff0c;由哈希表(实际上是一个 HashMap 实例)支持。它不保证 set 的迭代顺序&＃xff1b;特别是它不保证该顺序恒久不变。此类允许使用 null 元素。

举例&＃xff1a;

import java.util.*;public class TestC{public static void main(String[] args){Set s&＃61;new HashSet();s.add("Hello"); //相同元素s.add("Hello"); System.out.println(s);}

结果&＃xff1a;

treeset

TreeSet是一个有序的集合&＃xff0c;它的作用是提供有序的Set集合。它继承了AbstractSet抽象类&＃xff0c;实现了NavigableSet&＃xff0c;Cloneable&＃xff0c;Serializable接口。TreeSet是基于TreeMap实现的&＃xff0c;TreeSet的元素支持2种排序方式&＃xff1a;自然排序或者根据提供的Comparator进行排序。

实例

public static void demoOne() { TreeSet ts &＃61; new TreeSet<>(); ts.add(new Person("张三", 11)); ts.add(new Person("李四", 12)); ts.add(new Person("王五", 15)); ts.add(new Person("赵六", 21)); System.out.println(ts); }

执行结果&＃xff1a;会抛出一个 异常&＃xff1a;java.lang.ClassCastException
显然是出现了类型转换异常。原因在于我们需要告诉TreeSet如何来进行比较元素&＃xff0c;如果不指定&＃xff0c;就会抛出这个异常

如何解决&＃xff1a;
如何指定比较的规则&＃xff0c;需要在自定义类(Person)中实现Comparable接口&＃xff0c;并重写接口中的compareTo方法

public class Person implements Comparable { private String name; private int age; ... public int compareTo(Person o) { return 0; //当compareTo方法返回0的时候集合中只有一个元素 return 1; //当compareTo方法返回正数的时候集合会怎么存就怎么取 return -1; //当compareTo方法返回负数的时候集合会倒序存储 }}

为什么返回0&＃xff0c;只会存一个元素&＃xff0c;返回-1会倒序存储&＃xff0c;返回1会怎么存就怎么取呢&＃xff1f;原因在于TreeSet底层其实是一个二叉树机构&＃xff0c;且每插入一个新元素(第一个除外)都会调用compareTo()方法去和上一个插入的元素作比较&＃xff0c;并按二叉树的结构进行排列。

如果将compareTo()返回值写死为0&＃xff0c;元素值每次比较&＃xff0c;都认为是相同的元素&＃xff0c;这时就不再向TreeSet中插入除第一个外的新元素。所以TreeSet中就只存在插入的第一个元素。

如果将compareTo()返回值写死为1&＃xff0c;元素值每次比较&＃xff0c;都认为新插入的元素比上一个元素大&＃xff0c;于是二叉树存储时&＃xff0c;会存在根的右侧&＃xff0c;读取时就是正序排列的。

如果将compareTo()返回值写死为-1&＃xff0c;元素值每次比较&＃xff0c;都认为新插入的元素比上一个元素小&＃xff0c;于是二叉树存储时&＃xff0c;会存在根的左侧&＃xff0c;读取时就是倒序序排列的。

Map接口

值得注意的是Map没有继承Collection接口&＃xff0c;Map接口是提供key到value的映射。一个Map中不能包含相同的key&＃xff0c;每个key只能映射一个value。即是一一映射&＃xff0c;Map接口提供3种集合的视图&＃xff0c;Map的内容可以被当作一组key集合&＃xff0c;一组value集合&＃xff0c;或者一组key-value映射。

Map接口的实现类主要是包括HashMap和TreeMap等。

HaspMap

添加数据使用put(key, value)&＃xff0c;取出数据使用get(key)&＃xff0c; HashMap是允许null&＃xff0c;即null value和null key。但是将HashMap视为Collection时(values()方法可返回Collection)&＃xff0c;其迭代子操作时间开销和HashMap的容量成比例。因此&＃xff0c;如果迭代操作的性能相当重要的话&＃xff0c;不要将HashMap的初始化容量设得过高&＃xff0c;或者load factor过低。

举例&＃xff1a;

import java.util.*;public class TestD{public static void main(String[] args){Map M&＃61;new HashMap ();M.put("one",new String("1"));M.put("two",new String("2"));System.out.println(M);}}

结果&＃xff1a;

ConcurrentHashMap

并发下使用的线程安全的 HashMap 的替代品&＃xff0c;基于JDK1.7源码。

数据存储结构&＃xff0c;HashMap为Entry。

static final class HashEntry { final int hash; final K key; volatile V value; volatile HashEntry next;}

  // ConcurrentHashMap 采用了分段锁(Segment)技术&＃xff0c;每个分段锁维护着几个桶(HashEntry)&＃xff0c;多个线程可以同时访问不同分段锁上的桶&＃xff0c;Segment[]代替了table[]。final Segment[] segments;//Segment核心类继承自重入锁ReentrantLock。static final class Segment extends ReentrantLock implements Serializable { // ConcurrentHashMap默认并发级别是16&＃xff0c;因为有16个Segmen。 // 默认并发级别为16static final int DEFAULT_CONCURRENCY_LEVEL &＃61; 16;

总结

Java容器实际上只有三种:Map , List, Set;但每种接口都有不同的实现版本.它们的区别可以归纳为由什么在背后支持它们.也就是说,你使用的接口是由什么样的数据结构实现的.

List的选择:
比如:ArrayList和LinkedList都实现了List接口.因此无论选择哪一个,基本操作都一样.但ArrayList是由数组提供底层支持.而LinkedList是由双向链表实现的.所以,如果要经常向List里插入或删除数据,LinkedList会比较好.否则应该用速度更快的ArrayList。

Set的选择
HashSet总是比TreeSet 性能要好.而后者存在的理由就是它可以维持元素的排序状态.所以,如果需要一个排好序的Set时,才应该用TreeSet。

Map选择:
同上,尽量选择HashMap。

其实每一个牵扯到底层得面试题都都不是很难&＃xff0c;但是也不能掉以轻心&＃xff0c;如果平时没有注意这个地方得知识&＃xff0c;那你在面试的时候一定会让你吃亏&＃xff0c;这就是开发这一行得魅力&＃xff0c;享受这一行得刺激把