圖學java基礎篇之集合

時間 2019-11-10

標籤圖學 java 基礎集合欄目 Java 简体版

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（本文部分圖片引用自其餘博客，最後有連接，侵刪。因爲筆記使用markdown記錄，格式可能不是太好看，見諒）html

集合結構

紅字爲java.util包下的，綠字爲concurrent包下擴展的與併發相關的類java

List

ArrayList

功能：有序非線程安全列表
要點：git

底層存儲用Object數組
元素可爲null
自動擴容至1.5倍
適合隨機訪問，不適合大量或頻繁增刪

LinkedList

功能：有序非線程安全列表
要點：github

基於雙向鏈表實現
元素可爲null
同時實現了雙端隊列Deque，支持隊列、堆棧操做
適合增刪，順序訪問，不適合隨機訪問

Vector

功能：有序線程安全列表
要點：算法

功能和ArrayList同樣，只有線程安全區別，效率較ArrayList低
實際上算是老版本的List，除了線程安全的狀況下不用

Stack

功能：基於Vector實現的堆棧
要點：數組

線程安全
後進先出（LIFO）1

CopyOnWriteArrayList

功能：快照版本的ArrayList，修改操做經過複製一份數組操做
要點：安全

線程安全
任何修改都會在拷貝的新副本上進行
修改操做經過ReentrantLock同步
迭代器只能訪問，不能修改，且不會由於遍歷過程當中修改而拋異常

實現線程安全List的方法

使用synchronized：對List操做是進行同步，須要本身控制
使用Vector：效率低，已經較少使用了
使用CopyOnWriteArrayList，前邊已經介紹了，這個只能在量小讀多寫少的場景下用，且性能不好，通常不要用
使用Collections.synchronizedList()：工具類提供的一個比較簡便的方法，能夠直接建立一個線程安全的list，建議使用。其原理是對ArrayList進行包裝，經過一個對象鎖來控制併發，須要注意的是要弄清楚對象鎖鎖的是哪一個對象。

Map

HashMap

功能：
要點：key-value的map,存儲位置根據key的hash值肯定markdown

非線程安全
底層使用Entry<K, V>數組table
衝突使用鏈存儲
table長度爲2^n，這樣結合hash算法有利於均勻分佈
當發生衝突時，新元素會插入到鏈首
每次table容量變化時，須要從新rehash
鍵值都可爲null

HashTable

功能：key-value的map,存儲位置根據key的hash值肯定，與Hash的算法不一樣之處是，其位置直接經過hash(key)%table.length計算（HashMap使用h&(length – 1)計算，效率更高，才外還有一些細節不一樣，可自行參看源碼）
要點：數據結構

線程安全
繼承自Dictionary
底層使用Entry<K, V>數組table
衝突使用鏈存儲
table長度爲2^n，這樣結合hash算法有利於均勻分佈
當發生衝突時，新元素會插入到鏈首
每次table容量變化時，須要從新rehash
鍵值不能爲空

TreeMap

功能：基於紅黑樹實現的有序集合
要點：架構

非線程安全
底層爲一個棵紅黑樹
繼承NavigableMap,主要實現了SortMap，所以是有序的
增刪改查均可參考紅黑樹操做

ConcurrentHashMap

功能：線程安全的HashMap，屬於java.util.concurrent下的拓展類
要點：

線程安全
底層實現是一個Segment<K, V>數組，Segment內部經過一個HashEntry<K, V>數組存儲元素數據，同時Segment繼承了ReentrantLock，直接經過自己的鎖對改段數據操做同步
從底層結構能夠發現，其修改時不會對整個集合加鎖，而是對段加鎖，所以容許同時修改多個段，效率更高
繼承NavigableMap,主要實現了SortMap，所以是有序的
Segment的劃分是經過key的hashCode計算

ConcurrentSkipListMap

功能：線程安全的有序Map，是經過一個叫作跳錶的數據結構實現
要點：

線程安全
底層實現是一個多層鏈表，每層元素都有序，每低一層都包含上一層的元素，最底層包含全部元素。這樣設計的巧妙之處是從上層逐層查找時，可以快速定位元素區間。思想上有點像折半查找，不過是把每次折半的中間值分層存了起來。同時鏈表結構是修改操做一樣高效
key是有序的
空間換時間，效率很高，可是空間佔用也很厲害

Map的用法

非線程安全情景基本上都用HashMap
有序用TreeMap
線程安全優先ConcurrentHashMap
ConcurrentHashMap和ConcurrentSkipListMap的優劣主要在於併發量，併發量不高時前者效率高，併發量很大時能夠考慮後者

Set

HashSet

功能：就是一個value均爲同一個PRESENT對象的HashMap
要點：

非線程安全
底層爲一個HashMap，其全部元素value值是一個Object類型的靜態常量
其餘參考HashMap

TreeSet

功能：同TreeMap
要點：

非線程安全
底層爲一個TreeMap，其全部元素value值是一個Object類型的靜態常量
其餘參考TreeMap

ConcurrentSkipListSet

功能：同ConcurrentSkipListMap

CopyOnWriteArraySet

功能：同ConcurrentSkipListMap
要點：

須要注意的是底層實現是經過CopyOnWriteArrayList，而非HashMap
使用場景與CopyOnWriteArrayList同樣

Queue

Queue實現了隊列操做，是基本集合的一個擴充，特色是提供了隊列操做offer、poll和peek，主要分爲兩類，一類只支持單端操做，常見的如PriorityQueue，另外一類爲雙端隊列，可實現堆棧操做，均實現Deque。需注意的是隊列也提供了add和remove，但應避免使用。

PriorityQueue

功能：如其名，優先級隊列，可根據Comparator實現優先級排列
要點：

非線程安全
底層爲一個Object數組
不提供Comparator時按照元素天然順序

ArrayDeque

功能：如其名，優先級隊列，可根據Comparator實現優先級排列
要點：

非線程安全
底層爲一個E[]數組，同時提供head和tail記錄存儲數據的首位位置
因爲使用數組不是鏈表，速度比LinkedList更快

LinkedBlockingDeque

功能：阻塞隊列，支持支持FIFO和FILO
要點：

線程安全
底層爲一個鏈表，經過一個ReentrantLock鎖控制併發
可指定容量，實現阻塞，隊滿時插入阻塞，隊空時讀取阻塞，不指定則取最大整數
注意take在空時不阻塞直接返回失敗，而poll則會阻塞
可指定元素超時時間

LinkedBlockingQueue

功能：阻塞隊列，和LinkedBlockingDeque基本同樣，不過支持隊列操做

PriorityBlockingQueue

功能：優先級阻塞隊列，直接看名字，不解釋了

SynchronousQueue

功能：阻塞隊列，特殊之處在於其不存儲元素，一個元素入隊以後必須出隊，不然阻塞，能夠理解爲1個元素的阻塞隊列

LinkedTransferQueue

功能：LinkedBlockingQueue和SynchronousQueue的結合體，特色是若是一個元素入隊過程當中發現又出隊請求，則直接返回，不會再插入鏈表中
要點：

注意其併發並不是經過ReentrantLock，而是經過LockSupport工具類實現

DelayQueue

功能：延遲隊列，只有達到指定時間的元素才能出隊
要點：

底層實現是一個PriorityQueue，經過ReentrantLock控制併發
能夠理解爲一個以入隊時間-延遲時間爲優先級的隊列

一些使用上的淺見

從上邊的總結能夠看出來java對於集合的實現很是完善，幾乎全部場景都有對應的類。所以咱們應該避免重複造輪子，在合適的場景下使用合適的集合不只省力，並且更可靠
能簡則不繁，其實多數狀況下咱們使用基本的幾個類就夠了，複雜的實現通常用於底層框架_(如JDK以及一些經常使用框架中就用到了很多併發的實現，但其場景都十分鮮明)_。若是平時寫也想上層邏輯時使用了負責的集合類，每每咱們須要認真考慮下真的有沒有必要，或者這部分是否是能夠抽象爲一個通用的組件，這算是個頗有用的代碼架構技巧吧。
不管怎麼用，理解至上。幾個基本類之因此用的順手是由於咱們熟悉其特性，而對於複雜的集合類必定要理解其特性，不然很容易踩坑。集合部分算是JDK中最容易理解的代碼了，花一下子時間而保證優質代碼仍是很值的。