转载自https://github.com/Snailclimb/JavaGuide （添加小部分笔记）感谢作者!

总结#

Java7 中 ConcurrentHashMap 使用的分段锁，也就是每一个 Segment 上同时只有一个线程可以操作，每一个 Segment 都是一个类似 HashMap 数组的结构，每一个HashMap可以扩容，它的冲突会转化为链表。但是 Segment 的个数一但初始化就不能改变。

Java8 中的 ConcurrentHashMap 使用的 Synchronized 锁加 CAS 的机制。结构也由 Java7 中的 Segment 数组 + HashEntry 数组 + 链表 进化成了 Node 数组 + 链表 / 红黑树，Node 是类似于一个 HashEntry 的结构。它的冲突再达到一定大小时会转化成红黑树，在冲突小于一定数量时又退回链表。

源码 （略过）#

ConcurrentHashMap1.7#

• 存储结构
  • Segment数组（该数组用来加锁，每个数组元素是一个HashEntry数组（该数组可能包含链表）
  • 如图，ConcurrentHashMap由多个Segment组合，每一个Segment是一个类似HashMap的结构，每一个HashMap内部可以扩容，但是Segment个数初始化后不能改变，默认16个（即默认支持16个线程并发）

ConcurrentHashMap1.8#

• 存储结构 可以发现 Java8 的 ConcurrentHashMap 相对于 Java7 来说变化比较大，不再是之前的 Segment 数组 + HashEntry 数组 + 链表，而是 Node 数组 + 链表 / 红黑树。当冲突链表达到一定长度时，链表会转换成红黑树。

转载自https://github.com/Snailclimb/JavaGuide （添加小部分笔记）感谢作者!

HashMap简介#

• HashMap用来存放键值对，基于哈希表的Map接口实现，是非线程安全的
• 可以存储null的key和value，但null作为键只能有一个
• JDK8之前，HashMap由数组和链表组成，链表是为了解决哈希冲突而存在；JDK8之后，当链表大于阈值（默认8），则会选择转为红黑树（当数组长度大于64则进行转换，否则只是扩容），以减少搜索时间
• HashMap默认初始化大小为16，每次扩容为原容量2倍，且总是使用2的幂作为哈希表的大小

底层数据结构分析#

• JDK8之前，HashMap底层是数组和链表，即链表散列；通过key的hashCode，经过扰动函数，获得hash值，然后再通过(n-1) & hash 判断当前元素存放位置（n指的是数组长度），如果当前位置存在元素，就判断元素与要存入的元素的hash值以及key是否相同，相同则覆盖，否则通过拉链法解决
  

  • 扰动函数，即hash(Object key)方法

    //JDK1.8  
    static final int hash(Object key) {
          int h;
          // key.hashCode()：返回散列值也就是hashcode
          // ^ ：按位异或
          // >>>:无符号右移，忽略符号位，空位都以0补齐
          return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
      }

  • JDK1.7

    //JDK1.7 , 则扰动了4次，性能较差
    static int hash(int h) {
        // This function ensures that hashCodes that differ only by
        // constant multiples at each bit position have a bounded
        // number of collisions (approximately 8 at default load factor).
    
        h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
        return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
    }

• JDK1.8之后，当链表长度大于阈值（默认为 8）时，会首先调用 treeifyBin()方法。这个方法会根据 HashMap 数组来决定是否转换为红黑树。只有当数组长度大于或者等于 64 的情况下，才会执行转换红黑树操作，以减少搜索时间。否则，就是只是执行 resize() 方法对数组扩容。相关源码这里就不贴了，重点关注 treeifyBin()方法即可！

转载自https://github.com/Snailclimb/JavaGuide （添加小部分笔记）感谢作者!

简介#

• 底层是数组队列，相当于动态数组，能动态增长，可以在添加大量元素前先使用ensureCapacity来增加ArrayList容量，减少递增式再分配的数量 源码：

  public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
              implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{ }

  1. Random Access，标志接口，表明这个接口的List集合支持快速随机访问，这里是指可通过元素序号快速访问
  2. 实现Cloneable接口，能被克隆
  3. 实现java.io.Serializable，支持序列化

• ArrayList和Vector区别

  • ArrayList和Vector都是List的实现类，Vector出现的比较早，底层都是Object[] 存储
  • ArrayList线程不安全（适合频繁查找，线程不安全 ）
  • Vector 线程安全的

• ArrayList与LinkedList区别

  • 都是不同步的，即不保证线程安全

  • ArrayList底层为Object数组；LinkedList底层使用双向链表数据结构(1.6之前为循环链表，1.7取消了循环)

  • 插入和删除是否受元素位置影响

    • ArrayList采用数组存储，所以插入和删除元素的时间复杂度受元素位置影响[ 默认增加到末尾，O(1) ; 在指定位置，则O(n) , 要往后移动]

    • LinkedList采用链表存储，所以对于add(E e)方法，还是O(1)；如果是在指定位置插入和删除，则为O(n) 因为需要遍历将指针移动到指定位置

      //LinkedList默认添加到最后
      public boolean add(E e) {
              linkLast(e);
              return true;
      }

    • LinkedList不支持高效随机元素访问，而ArrayList支持（通过get(int index))

    • 内存空间占用 ArrayList的空间浪费主要体现在list列表的结尾会预留一定的容量空间，而LinkedList的空间花费在，每个元素都需要比ArrayList更多空间（要存放直接前驱和直接后继以及(当前)数据)

3. 扩容机制分析 ( JDK8 )#

1. ArrayList的构造函数

   • 三种方式初始化，构造方法源码
   • 空参，指定大小，指定集合 （如果集合类型非Object[].class，则使用Arrays.copyOf转为Object[].class)
   • 以无参构造方式创建ArrayList时，实际上初始化赋值的是空数组；当真正操作时才分配容量，即添加第一个元素时扩容为10

   
    /**
        * 默认初始容量大小
        */
       private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
   
   
       private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
   
       /**
        *默认构造函数，使用初始容量10构造一个空列表(无参数构造)
        */
       public ArrayList() {
           this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
       }
   
       /**
        * 带初始容量参数的构造函数。（用户自己指定容量）
        */
       public ArrayList(int initialCapacity) {
           if (initialCapacity > 0) {//初始容量大于0
               //创建initialCapacity大小的数组
               this.elementData = new Object[initialCapacity];
           } else if (initialCapacity == 0) {//初始容量等于0
               //创建空数组
               this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
           } else {//初始容量小于0，抛出异常
               throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                                  initialCapacity);
           }
       }
   
   
      /**
       *构造包含指定collection元素的列表，这些元素利用该集合的迭代器按顺序返回
       *如果指定的集合为null，throws NullPointerException。
       */
        public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
           elementData = c.toArray();
           if ((size = elementData.length) != 0) {
               // c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
               if (elementData.getClass() != Object[].class)
                   elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
           } else {
               // replace with empty array.
               this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
           }
       }

2. 以无参构造参数函数为例 先看下面的 add()方法扩容

转载自https://github.com/Snailclimb/JavaGuide （添加小部分笔记）感谢作者!

集合判空#

//阿里巴巴开发手册

判断所有集合内部的元素是否为空，使用 isEmpty() 方法，而不是 size()==0 的方式。

• isEmpty()可读性更好，且绝大部分情况下时间复杂度为O(1)

• 有例外：ConcurrentHashMap的size()和isEmpty() 时间复杂度均不是O(1)

  public int size() {
      long n = sumCount();
      return ((n < 0L) ? 0 :
              (n > (long)Integer.MAX_VALUE) ? Integer.MAX_VALUE :
              (int)n);
  }
  final long sumCount() {
      CounterCell[] as = counterCells; CounterCell a;
      long sum = baseCount;
      if (as != null) {
          for (int i = 0; i < as.length; ++i) {
              if ((a = as[i]) != null)
                  sum += a.value;
          }
      }
      return sum;
  }
  public boolean isEmpty() {
      return sumCount() <= 0L; // ignore transient negative values
  }

集合转Map#

//阿里巴巴开发手册

转载自https://github.com/Snailclimb/JavaGuide （添加小部分笔记）感谢作者!

Map#

• HashMap和Hashtable的区别

  • HashMap是非线程安全的，Hashtable是线程安全的，因为Hashtable内部方法都经过synchronized修饰（不过要保证线程安全一般用ConcurrentHashMap）

  • 由于加了synchronized修饰，HashTable效率没有HashMap高

  • HashMap可以存储null的key和value，但null作为键只能有一个**；HashTable不允许有null键和null值**

  • 初始容量及每次扩容

    • Hashtable默认初始大小11，之后扩容为2n+1;HashMap初始大小16，之后扩容变为原来的2倍
    • 如果指定初始大小，HashTable直接使用初始大小
      而HashMap 会将其扩充为 2 的幂次方大小（HashMap 中的**tableSizeFor()**方法保证，下面给出了源代码）。也就是说 HashMap 总是使用 2 的幂作为哈希表的大小,后面会介绍到为什么是 2 的幂次方

  • 底层数据结构

    • JDK1.8之后HashMap解决哈希冲突时，当链表大于阈值（默认8）时，将链表转为红黑树（转换前判断，如果当前数组长度小于64，则先进行数组扩容，而不转成红黑树），以减少搜索时间。
    • Hashtable没有上面的机制

    /**
    HashMap 中带有初始容量的构造函数：
    */
    public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
            if (initialCapacity < 0)
                throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
                                                   initialCapacity);
            if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
                initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
            if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
                throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
                                                   loadFactor);
            this.loadFactor = loadFactor;
            this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
        }
         public HashMap(int initialCapacity) {
            this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
        } 
    
    /*下面这个方法保证了 HashMap 总是使用 2 的幂作为哈希表的大小。*/
    /**
         * Returns a power of two size for the given target capacity.
         */
        static final int tableSizeFor(int cap) {
            int n = cap - 1;
            n |= n >>> 1;
            n |= n >>> 2;
            n |= n >>> 4;
            n |= n >>> 8;
            n |= n >>> 16;
            return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
        } 

• HashMap和hashSet区别

转载自https://github.com/Snailclimb/JavaGuide （添加小部分笔记）感谢作者!

集合包括Collection和Map，Collection 存放单一元素。Map 存放键值对#

List，Set，Queue，Map区别#

• List(对付顺序的好帮手): 存储的元素是有序的、可重复的。
• Set(注重独一无二的性质): 存储的元素是无序的、不可重复的。
• Queue(实现排队功能的叫号机): 按特定的排队规则来确定先后顺序，存储的元素是有序的、可重复的。
• Map(用 key 来搜索的专家): 使用键值对（key-value）存储，类似于数学上的函数 y=f(x)，“x” 代表 key，“y” 代表 value，key 是无序的、不可重复的，value 是无序的、可重复的，每个键最多映射到一个值。

各种集合框架–底层数据结构#

• List
  • ArrayList、Vector —-> Object[] 数组
  • LinkedList 双向链表 (jdk 1.6 之前为循环链表, 1.7 取消了循环)
• Set
  • HashSet （无序，唯一），且基于HashMap
  • LinkedHashSet 是HashSet的子类，基于LinkedHashMap (LinkedHashMap内部基于HashMap实现)
  • TreeSet(有序，唯一) ：红黑树（自平衡的排序二叉树）
• Queue (队列)
  • PriorityQueue：Object[] 数组来实现二叉堆
  • ArrayQueue：Object[] 数组+ 双指针
• Map

  • HashMap： JDK1.8 之前 HashMap 由数组+链表组成的，数组是 HashMap 的主体，链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的（“拉链法”解决冲突）。JDK1.8 以后在解决哈希冲突时有了较大的变化，当链表长度大于阈值（默认为 8）（将链表转换成红黑树前会判断，如果当前数组的长度小于 64，那么会选择先进行数组扩容，而不是转换为红黑树）时，将链表转化为红黑树，以减少搜索时间

  • LinkedHashMap： LinkedHashMap 继承自 HashMap，所以它的底层仍然是基于拉链式散列结构 即由数组和链表或红黑树组成。另外，LinkedHashMap 在上面结构的基础上，增加了一条双向链表，使得上面的结构可以保持键值对的插入顺序。同时通过对链表进行相应的操作，实现了访问顺序相关逻辑。