JAVA學習筆記——集合

比較經常使用的集合通常有4種接口，每種接口能夠由多種數據結構去實現。這樣咱們就能夠在實現相同接口（功能）的狀況下，根據具體場景選擇不一樣的數據結構。

Interface	Hash Table	Resizable Array	Balanced Tree	Linked List	Hash Table + Linked List
Set	HashSet		TreeSet		LinkedHashSet
List		ArrayList		LinkedList
Deque		ArrayDeque		LinkedList
Map	HashMap		TreeMap		LinkedHashMap

1. List

ArrayList、LinkedList、Vector都實現了接口List。List接口是一個有順序的集合，元素能夠重複，能夠經過索引去訪問元素。

1.1 ArrayList

ArrayList類維護了一個數組，訪問操做效率高，刪除和插入操做效率低。

transient Object[] elementData; // non-private to simplify nested class access

當增長元素且ArrayList的容量不夠時，須要對數組進行擴容，擴容使用Arrays.copyOf()方法。
當刪除元素時，會使用System.arraycopy()方法。
以上兩個copy方法都是蠻費時間的。

1.2 LinkedList

LinkedList類維護了一個雙端鏈表，first和last分別指向鏈表的頭尾Node。

1.3 Vector

Vector類與ArrayList類很是相像，主要的區別是：Vector是線程安全的，ArratList不是線程安全的。

protected Object[] elementData;

1.3.1 Stack

Stack類繼承了Vector類，由於Vector類維護了一個數組，在數組基礎上實現LIFO的功能仍是很方便的。但這也會帶來2個問題：

1. Stack類是基於數組實現的，push和pop操做的開銷會比較大。
2. Stack可使用Vector設置任意位置元素的方法setElementAt(E obj, int index)，那麼Stack就不是純粹的棧，棧只能操做棧頂的元素。

JDK文檔建議，若是要使用棧這種數據結構，應該優先使用Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<Integer>();

2. Deque

Deque是Double End Queue的意思，該雙端隊列便可以用做FIFO的隊列，也能夠用做LIFO的棧。Stack類也是棧，但它有些缺點，應該優先使用Deque做爲棧。

2.1 LinkedList

LinkedList類維護了一個雙端鏈表，first和last分別指向鏈表的頭尾Node。

2.2 ArrayDeque

ArrayDeque是在JDK1.6中才出現的。以數組的形式實現雙端隊列。
JDK文檔建議：

1. 當要使用棧時，ArrayDeque比Stack要高效；
2. 當要使用隊列時，ArrayDeque要比LinkedList要高效。

第1點的緣由在上面說過解釋過，第2點的緣由有如下兩點：

1. LinkedList每次push一次須要new一個Node，每次pop一次會產生一個Node垃圾等待回收。ArrayDeque因爲是數組，push不會new，pop不會產生垃圾，雖然在容量不夠時，仍是會作擴大一倍容量的操做。
2. LinkedList在內存中是分散的，因此緩存命中率會比較低。

3. Map

3.1 HashMap

HashMap(散列表)是一個增刪、查找都高效的數據結構。查找散列表通常分爲2個步驟：

1. 計算鍵的hash值；
2. 找到相應的位置並解決衝突，放入該鍵值對。
   解決衝突有2種方法：拉鍊法和開放地址法（線性探測、二次探測、隨機探測）

java中的HashMap採用的是拉鍊法，這是數組和鏈表的結合形式。

HashMap中的put()方法:

1. 計算哈希值。經過hashcode()計算出該對象key的hash值
2. 哈希值取模。對hash值進行取模操做hash%length，length是數組的長度。該長度應該是2的冪方，這樣咱們就能夠對取模操做進行優化hash&(length-1)
3. 插入鏈表。獲得模值以後，就將其做爲索引找到相應的鏈表表頭，該條鏈表中存儲hash值同樣的鍵值對，鍵值對存儲在靜態內部類Entry中。Entry保存鍵、值以及指向下一個鍵值對的next。

HashMap中的resize()方法:
當entry的數量大於閾值時，開始resize()。其中閾值是容量乘以加載因子。
resize()以後，table長度變爲2倍，從新取模，從新鏈表插入。

負載因子：當hashmap中的有效容量除以總容量大於負載因子時，hashmap的容量就會翻倍。java的hashmap默認容量是16，負載因子時0.75。
容量：

Java8對HashMap的改進：當鏈表的長度大於必定值時，鏈表就轉換爲紅黑樹，實現了快速的增刪改查，時間複雜度從順序查找的O(n)優化到O(logn)。

HashTable與HashMap很是類似，他們有如下三點區別：

1. HashTable是synchronized的，是線程安全的，多個線程能夠共享；HashMap相反
2. HashTable是synchronized的，在單線程下速度會比較慢；HashMap的速度比較快
3. HashTable不能接受null的鍵和值；HashMap則能夠

【Reference】

1. JDK API文檔 http://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/