图学java基础篇之集合-白红宇

图学java基础篇之集合

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发布时间：2019-06-22

本文共 3720 字，大约阅读时间需要 12 分钟。

（本文部分图片引用自其他博客，最后有链接，侵删。由于笔记使用markdown记录，格式可能不是太好看，见谅）

集合结构

红字为java.util包下的，绿字为concurrent包下扩展的与并发相关的类

List

ArrayList

功能：有序非线程安全列表

要点：

底层存储用Object数组

元素可为null

自动扩容至1.5倍

适合随机访问，不适合大量或频繁增删

LinkedList

功能：有序非线程安全列表

要点：

基于双向链表实现

元素可为null

同时实现了双端队列Deque，支持队列、堆栈操作

适合增删，顺序访问，不适合随机访问

Vector

功能：有序线程安全列表

要点：

功能和ArrayList一样，只有线程安全区别，效率较ArrayList低

实际上算是老版本的List，除了线程安全的情况下不用

Stack

功能：基于Vector实现的堆栈

要点：

线程安全

后进先出（LIFO）1

CopyOnWriteArrayList

功能：快照版本的ArrayList，修改操作通过复制一份数组操作

要点：

线程安全

任何修改都会在拷贝的新副本上进行

修改操作通过ReentrantLock同步

迭代器只能访问，不能修改，且不会因为遍历过程中修改而抛异常

实现线程安全List的方法

使用synchronized：对List操作是进行同步，需要自己控制

使用Vector：效率低，已经较少使用了

使用CopyOnWriteArrayList，前边已经介绍了，这个只能在量小读多写少的场景下用，且性能很差，一般不要用

使用Collections.synchronizedList()：工具类提供的一个比较简便的方法，可以直接创建一个线程安全的list，建议使用。其原理是对ArrayList进行包装，通过一个对象锁来控制并发，需要注意的是要弄清楚对象锁锁的是哪个对象。

Map

HashMap

功能：

要点：key-value的map,存储位置根据key的hash值确定

非线程安全

底层使用Entry<K, V>数组table

冲突使用链存储

table长度为2^n，这样结合hash算法有利于均匀分布

当发生冲突时，新元素会插入到链首

每次table容量变化时，需要重新rehash

键值均可为null

HashTable

功能：key-value的map,存储位置根据key的hash值确定，与Hash的算法不同之处是，其位置直接通过hash(key)%table.length计算（HashMap使用h&(length – 1)计算，效率更高，才外还有一些细节不同，可自行参看源码）

要点：

线程安全

继承自Dictionary

底层使用Entry<K, V>数组table

冲突使用链存储

table长度为2^n，这样结合hash算法有利于均匀分布

当发生冲突时，新元素会插入到链首

每次table容量变化时，需要重新rehash

键值不能为空

TreeMap

功能：基于实现的有序集合要点：

非线程安全

底层为一个棵红黑树

继承NavigableMap,主要实现了SortMap，因此是有序的

增删改查都可参考红黑树操作

ConcurrentHashMap

功能：线程安全的HashMap，属于java.util.concurrent下的拓展类

要点：

线程安全

底层实现是一个Segment<K, V>数组，Segment内部通过一个HashEntry<K, V>数组存储元素数据，同时Segment继承了，直接通过本身的锁对改段数据操作同步

从底层结构可以发现，其修改时不会对整个集合加锁，而是对段加锁，因此允许同时修改多个段，效率更高

继承NavigableMap,主要实现了SortMap，因此是有序的

Segment的划分是通过key的hashCode计算

ConcurrentSkipListMap

功能：线程安全的有序Map，是通过一个叫做的数据结构实现要点：

线程安全

底层实现是一个多层链表，每层元素都有序，每低一层都包含上一层的元素，最底层包含所有元素。这样设计的巧妙之处是从上层逐层查找时，能够快速定位元素区间。思想上有点像折半查找，不过是把每次折半的中间值分层存了起来。同时链表结构是修改操作同样高效

key是有序的

空间换时间，效率很高，但是空间占用也很厉害

Map的用法

非线程安全情景基本上都用HashMap

有序用TreeMap

线程安全优先ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap和ConcurrentSkipListMap的优劣主要在于并发量，并发量不高时前者效率高，并发量很大时可以考虑后者

Set

HashSet

功能：就是一个value均为同一个PRESENT对象的HashMap 要点：

非线程安全

底层为一个HashMap，其所有元素value值是一个Object类型的静态常量

其他参考HashMap

TreeSet

功能：同TreeMap 要点：

非线程安全

底层为一个TreeMap，其所有元素value值是一个Object类型的静态常量

其他参考TreeMap

ConcurrentSkipListSet

功能：同ConcurrentSkipListMap

CopyOnWriteArraySet

功能：同ConcurrentSkipListMap

要点：

需要注意的是底层实现是通过CopyOnWriteArrayList，而非HashMap

使用场景与CopyOnWriteArrayList一样

Queue

Queue实现了队列操作，是基本集合的一个扩充，特点是提供了队列操作offer、poll和peek，主要分为两类，一类只支持单端操作，常见的如PriorityQueue，另一类为双端队列，可实现堆栈操作，均实现Deque。需注意的是队列也提供了add和remove，但应避免使用。

PriorityQueue

功能：如其名，优先级队列，可根据Comparator实现优先级排列

要点：

非线程安全

底层为一个Object数组

不提供Comparator时按照元素自然顺序

ArrayDeque

功能：如其名，优先级队列，可根据Comparator实现优先级排列

要点：

非线程安全

底层为一个E[]数组，同时提供head和tail记录存储数据的首位位置

由于使用数组不是链表，速度比LinkedList更快

LinkedBlockingDeque

功能：阻塞队列，支持支持FIFO和FILO

要点：

线程安全

底层为一个链表，通过一个ReentrantLock锁控制并发

可指定容量，实现阻塞，队满时插入阻塞，队空时读取阻塞，不指定则取最大整数

注意take在空时不阻塞直接返回失败，而poll则会阻塞

可指定元素超时时间

LinkedBlockingQueue

功能：阻塞队列，和LinkedBlockingDeque基本一样，不过支持队列操作

PriorityBlockingQueue

功能：优先级阻塞队列，直接看名字，不解释了

SynchronousQueue

功能：阻塞队列，特殊之处在于其不存储元素，一个元素入队之后必须出队，否则阻塞，可以理解为1个元素的阻塞队列

LinkedTransferQueue

功能：LinkedBlockingQueue和SynchronousQueue的结合体，特点是如果一个元素入队过程中发现又出队请求，则直接返回，不会再插入链表中要点：

注意其并发并非通过ReentrantLock，而是通过工具类实现

DelayQueue

功能：延迟队列，只有达到指定时间的元素才能出队

要点：

底层实现是一个PriorityQueue，通过ReentrantLock控制并发

可以理解为一个以入队时间-延迟时间为优先级的队列

一些使用上的浅见

从上边的总结可以看出来java对于集合的实现非常完善，几乎所有场景都有对应的类。因此我们应该避免重复造轮子，在合适的场景下使用合适的集合不仅省力，而且更可靠

能简则不繁，其实多数情况下我们使用基本的几个类就够了，复杂的实现一般用于底层框架_(如JDK以及一些常用框架中就用到了不少并发的实现，但其场景都十分鲜明)_。如果平时写也想上层逻辑时使用了负责的集合类，往往我们需要认真考虑下真的有没有必要，或者这部分是不是可以抽象为一个通用的组件，这算是个很有用的代码架构技巧吧。