java ArrayList、Vector和LinkedList

你們都知道在JAVA中若是咱們要存儲和樹立一組同類型的數據的時候，咱們通常都採用數組來存儲。可是你們知道數組一旦被建立，其長度就固定不變了，因此使用數組的時候須要知道或者說是咱們要估算一下數據的規模，以方便咱們建立長度適合的數組。若是咱們估計的長度比實際須要的長度大，那則會浪費存儲空間;若比實際長度小,則處理數據時會遇到麻煩，所以，用數據存儲數目不肯定的元素那樣是一個不明智的選擇。

ArrayList 和Vector是採起數組體式格式存儲數據，此數組元素數大於實際存儲的數據以便增加和插入元素，都允許直接序號索引元素，然則插入數據要設計到數組元素移動等內存操縱，因此索引數據快插入數據慢，Vector由於應用了synchronized辦法（線程安然）因此機能上比ArrayList要差，LinkedList應用雙向鏈表實現存儲，按序號索引數據需要進行向前或向後遍歷，然則插入數據時只需要記錄本項的先後項便可，因此插入數度較快！Collection
├List
│├LinkedList
│├ArrayList
│└Vector
│　└Stack

├Set
│├HashSet
│├LinkedHashSet
│└TreeSet

Map
├Hashtable
├HashMap
├LinkedHashMap
├LinkedHashMap
└TreeMap

Collection接口
　　Collection是最根蒂根基的湊集接口，一個Collection表明一組Object，即Collection的元素（Elements）。一些Collection允許雷同的元素而另外一些不可。一些能排序而另外一些不可。Java SDK不供給直接持續自Collection的類，Java SDK供給的類都是持續自Collection的「子接口」如List和Set。
　　全部實現Collection接口的類都必須供給兩個標準的機關函數：無參數的機關函數用於建立一個空的Collection，有一個Collection參數的機關函數用於建立一個新的Collection，這個新的Collection與傳入的Collection有雷同的元素。後一個機關函數允許用戶複製一個Collection。
　　如何遍歷Collection中的每個元素？非論Collection的實際類型如何，它都支撐一個iterator（）的辦法，該辦法返回一個迭代子，應用該迭代子便可一一接見Collection中每個元素。典範的用法以下：
　　　　Iterator it = collection.iterator（）; // 得到一個迭代子
　　　　while（it.hasNext（）） {
　　　　　　Object obj = it.next（）; // 得到下一個元素
　　　　}
　　由Collection接口派生的兩個接口是List和Set。

List接口
　　List是有序的Collection，應用此接口能夠或許正確的把握每一個元素插入的地位。用戶能夠或許應用索引（元素在List中的地位，相似於數組下標）來接見List中的元素，這相似於Java的數組。
和下面要提到的Set不合，List允許有雷同的元素。
　　除了具備Collection接口必備的iterator（）辦法外，List還供給一個listIterator（）辦法，返回一個ListIterator接口，和標準的Iterator接口比擬，ListIterator多了一些add（）之類的辦法，允許添加，刪除，設定元素，還能向前或向後遍歷。
　　實現List接口的經常使用類有LinkedList，ArrayList，Vector和Stack。

LinkedList類
　　LinkedList實現了List接口，允許null元素，雙向循環鏈表的數據結構，因爲是基於鏈表的，因此沒法法實現隨機訪問的，只能順序訪問，是不一樣步的，增刪元素的速度很快。LinkedList可被用做堆棧（stack），隊列（queue）或雙向隊列（deque）。

ArrayList類
　　 內部是數組數據結構，是不一樣步的，查詢的速度快。它允許全部元素，包含null。ArrayList沒有同步。
　　每一個ArrayList實例都有一個容量（Capacity），即用於存儲元素的數組的大小，默認是10。這個容量可跟着絡續添加新元素而主動增加，容量不夠時默認增長兩倍。若是指定容量，容量必須大於當前容量的三倍時才生效。當需要插入多量元素時，在插入前能夠調用ensureCapacity辦法來增加ArrayList的容量以進步插入效力。

Vector類
　　Vector非常相似ArrayList，然則Vector是同步的。默認容量是10，容量增長策略默認是增長一倍，若是指定容量則必須大於當前容量的兩倍。

Stack 類
　　Stack持續自Vector，Stack 類表示後進先出（LIFO）的對象堆棧，Stack剛建立後是空棧。

List:
     |--Vector:內部是數組數據結構，是同步的。增刪，查詢都很慢！
     |--ArrayList:內部是數組數據結構，是不一樣步的。替代了Vector。查詢的速度快。
     |--LinkedList:內部是鏈表數據結構，是不一樣步的。增刪元素的速度很快。
若是常常對數組作隨機插入操做，特別是插入的比較靠前，那麼LinkedList的性能優點就很是明顯，而若是都只是末尾插入，則ArrayList更佔據優點，若是須要線程安全，則使用Vector或者建立線程安全的ArrayList。在使用基於數組實現的ArrayList 和Vector 時咱們要指定初始容量，由於咱們在源碼中也看到了，在添加時首先要進行容量的判斷，若是容量不夠則要建立新數組，還要將原來數組中的數據複製到新數組中，這個過程會減低效率而且會浪費資源。

Set接口
　　Set是一種無序的不包含重複元素的Collection，即隨便率性的兩個元素e1和e2都有e1.equals（e2）=false，Set最多有一個null元素。

HashSet類

HashSet中存放的元素是無序的，底層是用HashMap實現的，其中key是要放入的元素，value是一個Object類型的名爲PRESENT的常量，因爲用到了散列函數，所以其存取速度是很是快的，在地址空間很大的狀況下它的存取速度能夠達到O(1)級。

LinkedHashSet

LinkedHashSet低層是LinkedHashMap，將數據按存儲順序或訪問順序排序。

TreeSet

TreeSet低層是TreeMap，將數據天然排序或按key排序。

Map接口
　　Map沒有持續Collection接口，Map供給key到value的映射。一個Map中不能包含雷同的key，每一個key只能映射一個value。Map接口供給3種湊集的視圖，Map的內容能夠被算做一組key湊集，一組value湊集，或者一組key-value映射。

HashMap

HashMap是一種基於哈希表（hash table）實現的map，哈希表（也叫關聯數組）一種通用的數據結構，由數組加鏈表實現，其概念也比較簡單：key通過hash函數做用後獲得一個槽（buckets或slots）的索引（index），槽中保存着咱們想要獲取的值，以下圖所示

線程非安全，而且容許key與value都爲null值,不保證其內部元素的順序，並且隨着時間的推移，同一元素的位置也可能改變（resize的狀況）
put、get操做的時間複雜度爲O(1)。遍歷其集合視角的時間複雜度與其容量（capacity，槽的個數）和現有元素的大小（entry的個數）成正比，因此若是遍歷的性能要求很高，不要把capactiy設置的太高或把平衡因子（load factor，當entry數大於capacity*loadFactor時，會進行resize，reside會致使key進行rehash）設置的太低。
HashMap的桶數目，即Entry[] table數組的長度，因爲數組是內存中連續的存儲單元，它的空間代價是很大的，可是它的隨機存取的速度是Java集合中最快的。咱們增大桶的數量，而減小Entry<Key,Value>鏈表的長度，來提升從HashMap中讀取數據的速度。這是典型的拿空間換時間的策略。可是咱們不能剛開始就給HashMap分配過多的桶(即Entry[] table 數組起始不能太大)，這是由於數組是連續的內存空間，它的建立代價很大，何況咱們不能肯定給HashMap分配這麼大的空間，它實際到底可以用多少，爲了解決這一個問題，HashMap採用了根據實際的狀況，動態地分配桶的數量。
HashMap的權衡策略 
要動態分配桶的數量，這就要求要有一個權衡的策略了，HashMap的權衡策略是這樣的：
若是HashMap的大小> HashMap的容量(即Entry[] table的大小)*加載因子(經驗值0.75)，則HashMap中的Entry[] table 的容量擴充爲當前的一倍；而後從新將之前桶中的Entry<Key,Value>鏈表從新分配到各個桶中。上述的 HashMap的容量(即Entry[] table的大小) * 加載因子(經驗值0.75)就是所謂的閥值(threshold)：
閥值（threshold）=容量（capacity）*加載因子（load factor）
容量（capacity）：是指HashMap內部Entry[] table線性數組的長度，默認是16
加載因子（load factor）：默認爲0.75
閥值（threshold）：當HashMap大小超過了閥值，HashMap將擴充2倍，而且rehash。

put()方法-向HashMap存儲鍵值對<Key,Value>
a.  獲取這個Key的hashcode值，根據此值肯定應該將這一對鍵值對存放在哪個桶中，即肯定要存放桶的索引；
b.  遍歷所在桶中的Entry<Key,Value>鏈表，查找其中是否已經有了以Key值爲Key存儲的Entry<Key,Value>對象，
c1. 若已存在，定位到對應的Entry<Key,Value>,其中的Value值更新爲新的Value值；返回舊值；
c2. 若不存在，則根據鍵值對<Key,Value> 建立一個新的Entry<Key,Value>對象，而後添加到這個桶的Entry<Key,Value>鏈表的頭部。
d.  當前的HashMap的大小(即Entry<key,Value>節點的數目)是否超過了閥值，若超過了閥值(threshold)，則增大HashMap的容量(即Entry[] table 的大小)，而且從新組織內部各個Entry<Key,Value>排列。

HashMap在肯定Key是否在HashMap中存在的要求有兩個：
1. Key值是否相等；
2. hashcode是否相等；
因此咱們在定義類時，若是重寫了equals()方法，可是hashcode卻沒有保證相等，就會致使當使用該類實例做爲Key值放入HashMap中，會出現HashMap「工做異常」的問題，會出現你不但願的狀況。

LinkedHashMap

LinkedHashMap是HashMap的一個子類，它保留插入的順序，若是須要輸出的順序和輸入時的相同，那麼就選用LinkedHashMap。
LinkedHashMap是Map接口的哈希表和連接列表實現，具備可預知的迭代順序。此實現提供全部可選的映射操做，並容許使用null值和null鍵。此類不保證映射的順序，特別是它不保證該順序恆久不變。
LinkedHashMap實現與HashMap的不一樣之處在於，後者維護着一個運行於全部條目的雙重連接列表。此連接列表定義了迭代順序，該迭代順序能夠是插入順序或者是訪問順序。

其實LinkedHashMap幾乎和HashMap同樣，不一樣的是它定義了一個Entry<K,V> header，這個header不是放在Table裏，它是額外獨立出來的。LinkedHashMap經過繼承hashMap中的Entry<K,V>,並添加兩個屬性Entry<K,V>  before,after,和header結合起來組成一個雙向鏈表，來實現按插入順序或訪問順序排序。

TreeMap

TreeMap的實現是紅黑樹算法的實現，TreeMap中全部的元素都保持着某種固定的順序，若是你須要獲得一個有序的結果你就應該使用TreeMap。

HashTable

Hashtable幾乎能夠等價於HashMap，除了HashMap是非synchronized的，並能夠接受null(HashMap能夠接受爲null的鍵值(key)和值(value)，而Hashtable則不行)。

CurrentHashMap

Hashtable的synchronized是針對整張Hash表的，即每次鎖住整張表讓線程獨佔，ConcurrentHashMap容許多個修改操做併發進行，其關鍵在於使用了鎖分離技術。它使用了多個鎖來控制對hash表的不一樣部分進行的修改。ConcurrentHashMap內部使用段(Segment)來表示這些不一樣的部分，每一個段其實就是一個小的hash table，它們有本身的鎖。只要多個修改操做發生在不一樣的段上，它們就能夠併發進行。