Collection结构概览
Collection
list和set接口都是继承了collection接口，当然可以使用父类的一些方法
这里就探讨下collection里一些常用的方法
1、添加
add(Object obj)
addAll(Collection coll)2、获取有效元素的个数
int size()3、清空集合
void clear()4、是否是空集合
boolean isEmpty()5、是否包含某个元素boolean contains(Object obj)：是通过元素的equals方法来判断是否
是同一个对象boolean containsAll(Collection c)：也是调用元素的equals方法来比
较的。拿两个集合的元素挨个比较。
6、删除boolean remove(Object obj) ：通过元素的equals方法判断是否是
要删除的那个元素。只会删除找到的第一个元素boolean removeAll(Collection coll)：取当前集合的差集
7、取两个集合的交集boolean retainAll(Collection c)：把交集的结果存在当前集合中，不
影响c
8、集合是否相等
boolean equals(Object obj)9、转成对象数组
Object[] toArray()10、获取集合对象的哈希值
hashCode()11、遍历iterator()：返回迭代器对象，用于集合遍历
collection集合的遍历方式
collection是个接口没法实例化我们用多态的形式，通过它的子类arrarylist来展示collection的遍历方式
- 迭代器
public static void main(String[] args) {
List<Integer> list=new ArrayList<>();
Collections.addAll(list,5,3,1,4);
Iterator<Integer> iterator = list.iterator();
while(iterator.hasNext()){
System.out.print(iterator.next());
}
}- 增强for循环
public static void main(String[] args) {
List<Integer> list=new ArrayList<>();
Collections.addAll(list,5,3,1,4);
for(Integer num:list){
System.out.print(num);
}
}lambda表达式
public static void main(String[] args) {
List<Integer> list=new ArrayList<>();
Collections.addAll(list,5,3,1,4);
list.forEach(System.out::println);
}iterator迭代器接口
- Collection接口继承了java.lang.Iterable接口，该接口有一个iterator()方法，那么所有实现了Collection接口的集合类都有一个iterator()方法，用以返回一个实现了Iterator接口的对象。
- Iterator 仅用于遍历集合，Iterator 本身并不提供承装对象的能力。如果需要创建Iterator 对象，则必须有一个被迭代的集合。
- 集合对象每次调用iterator()方法都得到一个全新的迭代器对象，默认游标都在集合的第一个元素之前。
对于iterator迭代器
iterator迭代器的方法
boolean hasNext()如果迭代具有更多的元素，则返回true 。 （换句话说，如果next()返回一个元素而不是抛出一个异常，则返回true ）E next()返回迭代中的下一个元素。
结果
迭代中的下一个元素
异常NoSuchElementException - 如果迭代没有更多的元素
可能对于迭代器的指针有很多的看法，大致分为，指针是在第一个元素前边，或者在第一个元素上
我认为的是指针是在第一个元素之前，根据上边的iterator 的两个方法可以看出，在调用it.next()方法之前必须要调用it.hasNext()进行检测。若不调用，且
下一条记录无效，直接调用it.next()会抛出NoSuchElementException异常，如果此时iterator的指针是在第一个元素的时候，集合的第一个元素可能就无法被遍历
default void remove()Iterator可以删除集合的元素，但是是遍历过程中通过迭代器对象的remove方法，不是集合对象的remove方法。如果还未调用next()或在上一次调用 next 方法之后已经调用了 remove 方法，再调用remove都会报IllegalStateException。
- remove（）将会删除上次调用next（）时返回的元素，也就是说先调用next（）方法，再调用remove方法才会删除元素。next（）和romove方法具有依赖性，必须先用next，再使用romove。如果先用remove方法会出现IllegalStateException异常。
- 使用remove（）方法必须紧跟在next（）之后执行，如果在remove和next中间，集合出现了结构性变化（删除或者是增加）则会出现异常IllegalStateException。
List系列
List系列集合特点
- ArrayList、LinekdList：有序，可重复，有索引。
- 有序：存储和取出的元素顺序一致
- 有索引：可以通过索引操作元素
- 可重复：存储的元素可以重复
List的实现类的底层原理
- ArrayList 的底层实现
它是一个动态数组，实现了 List 接口以及 list相关的所有方法，它允许所有元素的插入，包括 null。
- 属性
//默认容量的大小
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
//空数组常量
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
//默认的空数组常量
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMEN
TDATA = {};
//存放元素的数组，从这可以发现 ArrayList 的底层实现就是一个 Object
数组
transient Object[] elementData;
//数组中包含的元素个数
private int size;
//数组的最大上限
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALU
E - 8;ArrayList 的属性非常少，就只有这些。其中最重要的莫过于 elementData 了，ArrayList所有的方法都是建立在 elementData 之上。接下来，我们就来看一下一些主要的方法吧。
- 构造方法
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity];
} else if (initialCapacity == 0) {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacit
y: "+initialCapacity);
}
}
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}可以看出当使用空参构造器的时候就会初始化一个空的object数组，当调用有参构造器的时候就会初始化为我们参数的大小
- get方法
public E get(int index) {
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}
private void rangeCheck(int index) {
if (index >= size)
throw new IndexOutOfBoundsException(outOfBoundsMsg
(index));
}
E elementData(int index) {
return (E) elementData[index];
}ArrayList的底层使用数组结构来实现的，所以get方法特别简单，先判断索引是否越界，没有越界的话直接通过索引获取就好了
- add方法
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCou
nt!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index);
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCou
nt!!
//调用一个 native 的复制方法，把 index 位置开始的元素都往后挪一位
System.arraycopy(elementData, index, elementData, inde
x + 1, size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacit
y);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}ArrayList 的 add 方法也很好理解，在插入元素之前，它会先检查是否需要扩容，然后再把元素添加到数组中最后一个元素的后面ensureCapacityInternal 方法中，我们可以看见，如果当 elementData 为空数组时，它会使用默认的大小去扩容。所以说，通过无参构造方法来创建 ArrayList 时，它的大小其实是为 0 的，只有在使用到的时候，才会通过 grow 方法去创建一个大小为 10 的数组。第一个 add 方法的复杂度为 O(1)，虽然有时候会涉及到扩容的操作，但是扩容的次数是非常少的，所以这一部分的时间可以忽略不计。如果使用的是带指定下标的 add方法，则复杂度为 O(n)，因为涉及到对数组中元素的移动，这一操作是非常耗时的。
- set方法
public E set(int index, E element) {
rangeCheck(index);
E oldValue = elementData(index);
elementData[index] = element;
return oldValue;
}这个方法也比较简单，先去检查索引是否越界，然后将旧值保存起来，将新值赋给旧值，在将旧值返回
- remove方法
public E remove(int index) {
rangeCheck(index);
modCount++;
E oldValue = elementData(index);
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData,
index, numMoved);
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its wo
rk
return oldValue;
}同样的也是根据索引将数组别的元素移动，然后将末尾的元素置空
- grow（）
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
if (newCapacity - minCapacity < 0)
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// minCapacity is usually close to size, so this is a wi
n:
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}grow 方法是在数组进行扩容的时候用到的，从中我们可以看见，ArrayList 每次扩容都是扩 1.5 倍，然后调用 Arrays 类的 copyOf 方法，把元素重新拷贝到一个新的数组
中去。
- indexof() lastindexof()
public int indexOf(Object o) {
if (o == null) {
for (int i = 0; i < size; i++)
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
for (int i = 0; i < size; i++)
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
return -1;
}
public int lastIndexOf(Object o) {
if (o == null) {
for (int i = size-1; i >= 0; i--)
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
for (int i = size-1; i >= 0; i--)
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
return -1;
}即为遍历数组需寻找，返回索引值，lastindexof就是从后往前寻找罢了
- LinkedList
linkedlist底层是双向链表，链表不同于数组，数组通过索引查找元素很快，插入删除操作会速度略差，因为涉及到元素的移动，链表的插入删除效率就好点，且在头尾结点都有一个指针，所以对头尾结点的操作很快，很适合用来模拟队列或者栈
List集合特有的方法
List集合的遍历
由于list集合是支持索引的所以对于list集合的遍历，除了collection中的遍历方式，也可以通过for循环
public static void main(String[] args) {
List<Integer> list=new ArrayList<>();
Collections.addAll(list,5,3,1,4);
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
System.out.print(list.get(i));
}
}LinkedList的特点
双向链表即一个结点中会有前一个结点的地址，data，后一个结点的地址，头尾的操作是很快的，这里就不在赘述
并发修改异常问题
list集合在进行删除操作的时候会伴随着数组的移动操作，所以才会出现这样的错误，所以在删除的时候我们可以用上文所诉的iterator的remove方法，或者倒叙遍历删除，同样可以避免这个异常问题。
底层是list在删除的时候会检测size，如果变动的话就会报这个错误的，底层源码这里就不在论述了
Set系列
Set系列集合特点：
- 无序：存取顺序不一致
- 不重复：可以去除重复
Set集合实现类特点：
- HashSet:无序、不重复、无索引
- LinkedHashSet:有序、不重复、无索引
*TreeSet:排序、不重复、无索引
hashset底层原理
hashset底层是基于哈希表来实现的
在jdk1.8之前哈希表是数组加链表的形式
1.8之后变为数组+链表+红黑树的形式 当链表长度为8时自动转换为红黑树
红黑树是avl树的一种变体，也有研究过avl树的代码，增删改查的效率很高，红黑树自然不会差，相比于链表来说必然是很强的
附上哈希表的初始化步骤吧：
再有不懂的俺的数据结构专栏有哈希表的简单用法，虽然根本不能和jdk的比，但还是可以感受下简单的哈希表，是用数组加链表实现的
LinkedHashSet
大致相同于hashset的底层原理，不同得到是linkedhashset根据元素的插入顺序会有指针指向，用来记录插入的顺序
即它是有序的、不重复的、同样的也没有索引
TreeSet
一般来说使用有参构造器多一点，如果去将类实现comparable接口，会将类的比较固化。
这里放下有参构造器的示例代码
public static void main(String[] args) {
//默认是将数字从小到大排序，因为integer类实现了comperable接口
Set<Integer> list=new TreeSet<>(new Comparator<Integer>() {
@Override
public int compare(Integer o1, Integer o2) {
return o2-o1;
}
});
Collections.addAll(list,5,3,1,4);
System.out.println(list);//5413
}使用场景的大概总结
但排序的话其实还是很少用treeset的，collections工具类的方法同样可以实现对list的排序，也是比较常用的
Map接口
map集合的概述
map集合体系特点
map集合常用api
map集合的遍历
public static void main(String[] args) {
Map<String,Integer> map=new HashMap<>();
map.put("cxf",18);
map.put("xx",19);
map.put("ff",20);
//方式一
Set<String> strings = map.keySet();
for (String key:strings){
System.out.println(key+"="+map.get(key));
}
//方式二
Set<Map.Entry<String, Integer>> entries = map.entrySet();
for (Map.Entry<String, Integer> entry : entries) {
System.out.println(entry.getKey()+"="+entry.getValue());
}
//方式三
map.forEach((k,v)-> System.out.println(k+"="+v));
}实现类hashmap
HashMap 的大致结构如下图所示，其中哈希表是一个数组，我们经常把数组中的每一个节点称为一个桶，哈希表中的每个节点都用来存储一个键值对。在插入元素时，如果发生冲突（即多个键值对映射到同一个桶上）的话，就会通过链表的形式来解决冲突。因为一个桶上可能存在多个键值对，所以在查找的时候，会先通过 key 的哈希值先定位到桶，再遍历桶上的所有键值对，找出 key 相等的键值对，从而来获取 value。同样的jdk8以前和jdk8以后如果过一个桶中出现多个结点，挂载方式也是有所不同的，jdk8及以前是将旧元素挂载在新元素的下边，而jdk8及以后是将新元素，挂载在旧元素的下边，当链表的长度超过8时，链表转换为红黑树
底层的一些源码
- 属性
//默认的初始容量为 16
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;
//最大的容量上限为 2^30
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
//默认的负载因子为 0.75
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
//变成树型结构的临界值为 8
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
//恢复链式结构的临界值为 6
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
//哈希表
transient Node<K,V>[] table;
//哈希表中键值对的个数
transient int size;
//哈希表被修改的次数
transient int modCount;
//它是通过 capacity*load factor 计算出来的，当 size 到达这个值时，
就会进行扩容操作
int threshold;
//负载因子
final float loadFactor;
//当哈希表的大小超过这个阈值，才会把链式结构转化成树型结构，否则仅采
取扩容来尝试减少冲突
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;即初始数组的长度是16，默认的加载因子是0.75，变成树形结构的临界值时8
- Node定义
node是hashmap的一个静态内部类，属性中有hash key value 和next指针
内部代码也是一些常规代码放下边了就
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final int hash;
final K key;
V value;
Node<K,V> next;
Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
this.hash = hash;
this.key = key;
this.value = value;
this.next = next;
}
public final K getKey() { return key; }
public final V getValue() { return value; }
public final String toString() { return key + "=" + valu
e; }
public final int hashCode() {
return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(val
ue);
}
public final V setValue(V newValue) {
V oldValue = value;
value = newValue;
return oldValue;
}
public final boolean equals(Object o) {
if (o == this)
return true;
if (o instanceof Map.Entry) {
Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o;
if (Objects.equals(key, e.getKey()) &&
Objects.equals(value, e.getValue()))
return true;
}
return false;
}
}- get方法
get 方法主要调用的是 getNode 方法，所以重点要看 getNode 方法的
实现
public V get(Object key) {
Node<K,V> e;
return (e = getNode(key)) == null ? null : e.value;
}
/**
* Implements Map.get and related methods.
*
* @param key the key
* @return the node, or null if none
*/
final Node<K,V> getNode(Object key) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n, hash; K k;
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(first = tab[(n - 1) & (hash = hash(key))]) != null) {
if (first.hash == hash && // always check first node
((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return first;
if ((e = first.next) != null) {
if (first instanceof TreeNode)
return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
do {
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
return null;
}实现步骤大致如下：
1、通过 hash 值获取该 key 映射到的桶。
2、桶上的 key 就是要查找的 key，则直接命中。
3、桶上的 key 不是要查找的 key，则查看后续节点：
（1）如果后续节点是树节点，通过调用树的方法查找该 key。
（2）如果后续节点是链式节点，则通过循环遍历链查找该 key。
简单点的就是通过hash值定位到，该结点在数组中的存储位置，然后通过树或者链表本身的getnode方法来进行查找，找到就返回。
- put方法
//put 方法的具体实现也是在 putVal 方法中，所以我们重点看下面的 pu
tVal 方法
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIf
Absent,
boolean evict) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
//如果哈希表为空，则先创建一个哈希表
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
//如果当前桶没有碰撞冲突，则直接把键值对插入，完事
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
Node<K,V> e; K k;
//如果桶上节点的 key 与当前 key 重复，那你就是我要找的节点
了
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equ
als(k))))
e = p;
//如果是采用红黑树的方式处理冲突，则通过红黑树的 putTree
Val 方法去插入这个键值对
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab,
hash, key, value);
//否则就是传统的链式结构
else {
//采用循环遍历的方式，判断链中是否有重复的 key
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
//到了链尾还没找到重复的 key，则说明 HashMap 没有
包含该键
if ((e = p.next) == null) {
//创建一个新节点插入到尾部
p.next = newNode(hash, key, value, nul
l);
//如果链的长度大于 TREEIFY_THRESHOLD 这个
临界值，则把链变为红黑树
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1)
// -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
//找到了重复的 key
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null &&
key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
//这里表示在上面的操作中找到了重复的键，所以这里把该键的
值替换为新值
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
//判断是否需要进行扩容
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}put 方法比较复杂，实现步骤大致如下：
1、先通过 hash 值计算出 key 映射到哪个桶。
2、如果桶上没有碰撞冲突，则直接插入。
3、如果出现碰撞冲突了，则需要处理冲突：
（1）如果该桶使用红黑树处理冲突，则调用红黑树的方法插入。
（2）否则采用传统的链式方法插入。如果链的长度到达临界值，则把链转变为红黑树。
4、如果桶中存在重复的键，则为该键替换新值。
5、如果 size 大于阈值，则进行扩容。
- remove方法
//remove 方法的具体实现在 removeNode 方法中，所以我们重点看下面的 r
emoveNode 方法
public V remove(Object key) {
Node<K,V> e;
return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, tru
e)) == null ?
null : e.value;
}
final Node<K,V> removeNode(int hash, Object key, Object va
lue,
boolean matchValue, boolean movabl
e) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, index;
//如果当前 key 映射到的桶不为空
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
Node<K,V> node = null, e; K k; V v;
//如果桶上的节点就是要找的 key，则直接命中
if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key !=
null && key.equals(k))))
node = p;
else if ((e = p.next) != null) {
//如果是以红黑树处理冲突，则构建一个树节点
if (p instanceof TreeNode)
node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash,
key);
//如果是以链式的方式处理冲突，则通过遍历链表来寻找节点
else {
do {
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key
|| (key != null && key.equals(k)))) {
node = e;
break;
}
p = e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
//比对找到的 key 的 value 跟要删除的是否匹配
if (node != null && (!matchValue || (v = node.value)
== value ||
(value != null && value.equals
(v)))) {
//通过调用红黑树的方法来删除节点
if (node instanceof TreeNode)
((TreeNode<K,V>)node).removeTreeNode(this, t
ab, movable);
//使用链表的操作来删除节点
else if (node == p)
tab[index] = node.next;
else
p.next = node.next;
++modCount;
--size;
afterNodeRemoval(node);
return node;
}
}
return null;
}步骤也很简单
1.先判断当前key映射的桶是否为空
2.如果桶上的结点就是要找的结点，则直接命中
3.判断是链式冲突，还是红黑树冲突，红黑树冲突的话要构建一个红黑树结点
4.如果是链式的就调用链式的查找方式去查找
5.通过equals判断key和value是否相同
6.如果是红黑树就调用红黑树的remove方法
7.如果是链表就调用链表的删除的方法
总结
1.数组加链表的方式当链表过长时对效率影响很大
2.数组加链表加红黑树 的方式大大提高了效率，属于用空间换时间了属于是。
实现类linkedhashmap
linkedhashmap大体上继承自hashmap多了些对链表的操作
static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
Entry<K,V> before, after;
Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
super(hash, key, value, next);
}
}相比于hashmap的node 它这里多了记录插入顺序的前、后指针
仔细看过hashmap源码的话你会发现有这三个空方法
同时
final boolean accessOrder;该属性的打开或者关闭也表示linkefhashmap是否实现最近最少使用的算法
// Callbacks to allow LinkedHashMap post-actions
void afterNodeAccess(Node<K,V> p) { }
void afterNodeInsertion(boolean evict) { }
void afterNodeRemoval(Node<K,V> p) { }实这三个方法表示的是在访问、插入、删除某个节点之后，进行一些处理，它们在 LinkedHashMap 都有各自的实现。LinkedHashMap 正是通过重写这三个方法来保证链表的插入、删除的有序性。
这里不在详细展开说
实现类treemap
