Java 經常使用數據結構對象的實現原理 集合類 List Set Map 哪些線程安全 (美團面試題目) HashMap、HashTable、ConcurrentHashMap、HashSet區別 線程

Java中的集合包括三大類，它們是Set、List和Map，

它們都處於java.util包中，Set、List和Map都是接口，它們有各自的實現類。

List、Set都繼承自Collection接口，Collection （全部集合類的接口）

• Set（集） 實現類主要有HashSet和TreeSet
• List（列表） 實現類主要有ArrayList,LinkedList,Vector
• Map（映射）實現類主要有HashMap和TreeMap,HashTable

• Collection 和 Map 的區別

  容器內每一個爲之所存儲的元素個數不一樣。Collection類型者，每一個位置只有一個元素。Map類型者，持有 key-value pair，像個小型數據庫。

  List,Set都是繼承自Collection接口，Map則不是

  (a) Collection
       --List：將以特定次序存儲元素。因此取出來的順序可能和放入順序不一樣。
             --ArrayList / LinkedList / Vector
       --Set ： 不能含有重複的元素
             --HashSet / TreeSet
   (b) Map
       --HashMap
       --HashTable
       --TreeMap 

  總結

• List，Set，Map將持有對象一概視爲Object型別。

  Collection、List、Set、Map都是接口，不能實例化。    繼承自它們的 ArrayList, Vector, HashTable, HashMap是具象class，這些纔可被實例化。
  vector容器確切知道它所持有的對象隸屬什麼型別。vector不進行邊界檢查。

  1. 若是涉及到堆棧，隊列等操做，應該考慮用List，對於須要快速插入，刪除元素，應該使用LinkedList，若是須要快速隨機訪問元素，應該使用ArrayList。
  2. 若是程序在單線程環境中，或者訪問僅僅在一個線程中進行，考慮非同步的類，其效率較高，若是多個線程可能同時操做一個類，應該使用同步的類。
  3. 在除須要排序時使用TreeSet,TreeMap外,都應使用HashSet,HashMap,由於他們 的效率更高。
  4. 要特別注意對哈希表的操做，做爲key的對象要正確複寫equals和hashCode方法。 
  5. 容器類僅能持有對象引用（指向對象的指針），而不是將對象信息copy一份至數列某位置。一旦將對象置入容器內，便損失了該對象的型別信息。
  6. 儘可能返回接口而非實際的類型，如返回List而非ArrayList，這樣若是之後須要將ArrayList換成LinkedList時，客戶端代碼不用改變。這就是針對抽象編程。 
• 7. set中不容許有重複的元素存在

• 8. map的 key 集合和 set集合都不容許有重複的元素存在，list能夠有重複的元素存在 

  注意：
  一、Collection沒有get()方法來取得某個元素。只能經過iterator()遍歷元素。
  二、Set和Collection擁有如出一轍的接口。
  三、List，能夠經過get()方法來一次取出一個元素。使用數字來選擇一堆對象中的一個，get(0)...。(add/get)
  四、通常使用ArrayList。用LinkedList構造堆棧stack、隊列queue。
  五、Map用 put(k,v) / get(k)，還可使用containsKey()/containsValue()來檢查其中是否含有某個key/value。
        HashMap會利用對象的hashCode來快速找到key。
  六、Map中元素，能夠將key序列、value序列單獨抽取出來。

  使用keySet()抽取key序列，將map中的全部keys生成一個Set。

  使用values()抽取value序列，將map中的全部values生成一個Collection。

  爲何一個生成Set，一個生成Collection？那是由於，key老是獨一無二的，value容許重複。  

    (2)List中的對象按照索引位置排序，能夠有重複對象，容許按照對象在集合中的索引位置檢索對象，如經過list.get(i)方式來得到List集合中的元素。
    (3)Set中的對象不按特定方式排序，而且沒有重複對象。但它的有些實現類能對集合中的對象按特定方式排序，例如TreeSet類，它能夠按照默認排序，也能夠經過實現             java.util.Comparator<Type>接口來自定義排序方式。　　
    (4) Map中的每個元素包含一個鍵對象和值對象，它們成對出現。鍵對象不能重複，值對象能夠重複。

關係如圖：

 

或者：

Collections （操做集合的工具類）
對於集合類的操做不得不提到工具類Collections，它提供了許多方便的方法，如求兩個集合的差集、並集、拷貝、排序等等。
因爲大部分的集合接口實現類都是不一樣步的，可使用Collections.synchronized*方法建立同步的集合類對象。
如建立一個同步的List：
List synList = Collections.synchronizedList(new ArrayList());
其實現原理就是從新封裝new出來的對象，操做對象時用關鍵字synchronized同步。看源碼很容易理解。
Collections部分源碼： 

static class SynchronizedCollection<e> implements Collection<e>, Serializable {
 
        final Collection<e> c;  // Backing Collection
        final Object mutex;     // Object on which to synchronize
 
        SynchronizedCollection(Collection<e> c) {
            if (c==null)
                throw new NullPointerException();
            this.c = c;
            mutex = this;
        }
        //...
        public boolean add(E e) {
            //操做集合時簡單調用本來的ArrayList對象，只是作了同步
            synchronized (mutex) {return c.add(e);}
        }
        //...

 

List（列表）

ArrayList、Vector是線性表，使用Object數組做爲容器去存儲數據的，添加了不少方法維護這個數組，使其容量能夠動態增加，極大地提高了開發效率。它們明顯的區別是ArrayList是非同步的，Vector是同步的。不用考慮多線程時應使用ArrayList來提高效率。

LinkedList是鏈表，略懂數據結構就知道其實現原理了。鏈表隨機位置插入、刪除數據時比線性錶快，遍歷比線性錶慢。 

由此可根據實際狀況來選擇使用ArrayList（非同步、非頻繁刪除時選擇）、Vector（需同步時選擇）、LinkedList（頻繁在任意位置插入、刪除時選擇）。

Map（存儲鍵值對，key惟一）

HashMap結構的實現原理是將put進來的key-value封裝成一個Entry對象存儲到一個Entry數組中，位置（數組下標）由key的哈希值與數組長度計算而來。若是數組當前下標已有值，則將數組當前下標的值指向新添加的Entry對象。

public class HashMap<k,v> extends AbstractMap<k,v> implements Map<k,v>, Cloneable, Serializable
{
    transient Entry<k,v>[] table;
    public V put(K key, V value) {
        if (key == null)
            return putForNullKey(value);
        int hash = hash(key);
        int i = indexFor(hash, table.length);
        //遍歷當前下標的Entry對象鏈，若是key已存在則替換
        for (Entry<k,v> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
        Object k;
        if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
            V oldValue = e.value;
            e.value = value;
            e.recordAccess(this);
            return oldValue;
        }
    }
       addEntry(hash, key, value, i);
        return null;
    }
}
static class Entry<k,v> implements Map.Entry<k,v> {
    final K key;
    V value;
    Entry<k,v> next;
    int hash;
}

TreeMap是由Entry對象爲節點組成的一顆紅黑樹，put到TreeMap的數據默認按key的天然順序排序，new TreeMap時傳入Comparator自定義排序。紅黑樹網上不少資料，我講不清，這裏就不介紹了。

Set（保證容器內元素惟一性）

之因此先講Map是由於Set結構其實就是維護一個Map來存儲數據的，利用Map結構key值惟一性。 
HashSet部分源碼：

public class HashSet<e>
extends AbstractSet<e>
implements Set<e>, Cloneable, java.io.Serializable
{    

    //無心義對象來做爲Map的value 
    private static final Object PRESENT = new Object();
    public boolean add(E e) {
        return map.put(e, PRESENT)==null;
    }
}

 

線程安全類

在集合框架中，有些類是線程安全的，這些都是jdk1.1中的出現的。在jdk1.2以後，就出現許許多多非線程安全的類。 下面是這些線程安全的同步的類：

vector：就比arraylist多了個同步化機制（線程安全），由於效率較低，如今已經不太建議使用。在web應用中，特別是前臺頁面，每每效率（頁面響應速度）是優先考慮的。

statck：堆棧類，先進後出

hashtable：就比hashmap多了個線程安全

enumeration：枚舉，至關於迭代器

除了這些以外，其餘的都是非線程安全的類和接口。

線程安全的類其方法是同步的，每次只能一個訪問。是重量級對象，效率較低。  

HashMap和HashTable的區別

具體的區別請參考：HashMap、HashTable、ConcurrentHashMap、HashSet區別 線程安全類

  StringBuffer是線程安全，而StringBuilder是線程不安全的。對於安全與不安全沒有深刻的理解狀況下，易形成這樣的錯覺，若是對於StringBuffer的操做均是線程安全的，然而，Java給你的保證的線程安全，是說它的方法是執行是排它的，而不是對這個對象自己的屢次調用狀況下，仍是安全的。看看下邊的例子，在StringBufferTest中有一個數據成員contents它是用來擴展的，它的每一次append是線程安全的，但衆屢次append的組合並非線程安全的，這個輸出結果不是太可控的，但若是對於log和getContest方法加關鍵字synchronized，那麼結果就會變得很是條理，若是換成StringBuider甚至是append到一半，它也會讓位於其它在此基礎上操做的線程： 

參考：Java基礎之經常使用數據結構及原理分析