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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！

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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

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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

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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

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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。

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简介#

语法糖（Syntactic Sugar）也称糖衣语法，指的是在计算机语言中添加的某种语法，这种语法对语言的功能并没有影响，但是更方便程序员使用，简而言之，让程序更加简洁，有更高的可读性

Java中有哪些语法糖#

Java虚拟机并不支持这些语法糖，这些语法糖在编译阶段就会被还原成简单的基础语法结构，这个过程就是解语法糖

• javac命令可以将后缀为.java的源文件编译为后缀名为.class的可以运行于Java虚拟机的字节码。其中，com.sun.tools.javac.main.JavaCompiler的源码中，compile()中有一个步骤就是调用desugar()，这个方法就是负责解语法糖的实现的
• Java中的语法糖，包括 泛型、变长参数、条件编译、自动拆装箱、内部类等

switch支持String与枚举#

switch本身原本只支持基本类型，如int、char

int是比较数值，而char则是比较其ascii码，所以其实对于编译器来说，都是int类型(整型)，比如byte。short，char(ackii 码是整型)以及int。

而对于enum类型，

对于switch中使用String，则：

public class switchDemoString {
    public static void main(String[] args) {
        String str = "world";
        switch (str) {
        case "hello":
            System.out.println("hello");
            break;
        case "world":
            System.out.println("world");
            break;
        default:
            break;
        }
    }
}
//反编译之后
public class switchDemoString
{
    public switchDemoString()
    {
    }
    public static void main(String args[])
    {
        String str = "world";
        String s;
        switch((s = str).hashCode())
        {
        default:
            break;
        case 99162322:
            if(s.equals("hello"))
                System.out.println("hello");
            break;
        case 113318802:
            if(s.equals("world"))
                System.out.println("world");
            break;
        }
    }
}

即switch判断是通过**equals()和hashCode()**方法来实现的

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简介#

为了实现在模块装配的时候不用再程序里面动态指明，这就需要一种服务发现机制。JavaSPI就是提供了这样的一个机制：为某个接口寻找服务实现的机制。有点类似IoC的思想，将装配的控制权交到了程序之外

SPI介绍#

SPI，ServiceProviderInterface 使用SPI：Spring框架、数据库加载驱动、日志接口、以及Dubbo的扩展实现

感觉下面这个图不太对，被调用方应该 一般模块之间都是通过接口进行通讯，

当实现方提供了接口和实现，我们可以通过调用实现方的接口从而拥有实现方给我们提供的能力，这就是 API ，这种接口和实现都是放在实现方的。

当接口存在于调用方这边时，就是 SPI ，由接口调用方确定接口规则，然后由不同的厂商去根据这个规则对这个接口进行实现，从而提供服务。[可以理解成业务方，或者说使用方。它使用了这个接口，而且制定了接口规范，但是具体实现，由被调用方实现]

我的理解：被调用方（提供接口的人），调用方（使用接口的人），但是其实这里只把调用方–>使用接口的人 这个关系是对的。

也就是说，正常情况下由被调用方自己提供接口和实现，即API。而现在，由调用方（这里的调用方其实可以理解成上面的被调用方），提供了接口还使用了接口，而由被调用方进行接口实现

实战演示#

SLF4J只是一个日志门面（接口），但是SLF4J的具体实现可以有多种，如：Logback/Log4j/Log4j2等等

简易版本#

• ServiceProviderInterface

• 目录结构

  │  service-provider-interface.iml
  │
  ├─.idea
  │  │  .gitignore
  │  │  misc.xml
  │  │  modules.xml
  │  └─ workspace.xml
  │
  └─src
      └─edu
          └─jiangxuan
              └─up
                  └─spi
                          Logger.java
                          LoggerService.java
                          Main.class

  • Logger接口，即SPI 服务提供者接口，后面的服务提供者要针对这个接口进行实现

    package edu.jiangxuan.up.spi;
    
    public interface Logger {
        void info(String msg);
        void debug(String msg);
    }

  • LoggerService类，主要是为服务使用者（调用方）提供特定功能，这个类是实现JavaSPI机制的关键所在

    package edu.jiangxuan.up.spi;
    
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.List;
    import java.util.ServiceLoader;
    
    public class LoggerService {
        private static final LoggerService SERVICE = new LoggerService();
    
        private final Logger logger;
    
        private final List<Logger> loggerList;
    
        private LoggerService() {
            ServiceLoader<Logger> loader = ServiceLoader.load(Logger.class);
            List<Logger> list = new ArrayList<>();
            for (Logger log : loader) {
                list.add(log);
            }
            // LoggerList 是所有 ServiceProvider
            loggerList = list;
            if (!list.isEmpty()) {
                // Logger 只取一个
                logger = list.get(0);
            } else {
                logger = null;
            }
        }
    
        //简单单例
        public static LoggerService getService() {
            return SERVICE;
        }
    
        public void info(String msg) {
            if (logger == null) {
                System.out.println("info 中没有发现 Logger 服务提供者");
            } else {
                logger.info(msg);
            }
        }
    
        public void debug(String msg) {
            if (loggerList.isEmpty()) {
                System.out.println("debug 中没有发现 Logger 服务提供者");
            }
            loggerList.forEach(log -> log.debug(msg));
        }
    }

  • Main类（服务使用者，调用方）

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sun.misc.Unsafe

提供执行低级别、不安全操作的方法，如直接访问系统内存资源、自主管理内存资源等，效率快，但由于有了操作内存空间的能力，会增加指针问题风险。且这些功能的实现依赖于本地方法，Java代码中只是声明方法头，具体实现规则交给本地代码

为什么要使用本地方法#

• 需要用到Java中不具备的依赖于操作系统的特性，跨平台的同时要实现对底层控制
• 对于其他语言已经完成的现成功能，可以使用Java调用
• 对时间敏感/性能要求非常高，有必要使用更为底层的语言

对于同一本地方法，不同的操作系统可能通过不同的方式来实现的

Unsafe创建#

sun.misc.Unsafe部分源码

public final class Unsafe {
  // 单例对象
  private static final Unsafe theUnsafe;
  ......
  private Unsafe() {
  }
    
  //Sensitive : 敏感的 英[ˈsensətɪv]
  @CallerSensitive
  public static Unsafe getUnsafe() {
    Class var0 = Reflection.getCallerClass();
    // 仅在引导类加载器`BootstrapClassLoader`加载时才合法
    if(!VM.isSystemDomainLoader(var0.getClassLoader())) {
      throw new SecurityException("Unsafe");
    } else {
      return theUnsafe;
    }
  }
}

会先判断当前类是否由Bootstrap classloader加载。即只有启动类加载器加载的类才能够调用Unsafe类中的方法

如何使用Unsafe这个类

1. 利用反射获得Unsafe类中已经实例化完成的单例对象theUnsafe

   private static Unsafe reflectGetUnsafe() {
       try {
         Field field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
         field.setAccessible(true);
         return (Unsafe) field.get(null);
       } catch (Exception e) {
         log.error(e.getMessage(), e);
         return null;
       }
   }

2. 通过Java命令行命令-Xbootclasspath/a把调用Unsafe相关方法的类A所在jar包路径追加到默认的bootstrap路径中，使得A被引导类加载器加载

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精度的丢失#

float a = 2.0f - 1.9f;
float b = 1.8f - 1.7f;
System.out.println(a);// 0.100000024
System.out.println(b);// 0.099999905
System.out.println(a == b);// false

为什么会有精度丢失的风险

这个和计算机保存浮点数的机制有很大关系。我们知道计算机是二进制的，而且计算机在表示一个数字时，宽度是有限的，无限循环的小数存储在计算机时，只能被截断，所以就会导致小数精度发生损失的情况。这也就是解释了为什么浮点数没有办法用二进制精确表示

使用BigDecimal来定义浮点数的值，然后再进行浮点数的运算操作即可

BigDecimal常见方法#

• 我们在使用 BigDecimal 时，为了防止精度丢失，推荐使用它的BigDecimal(String val)构造方法或者 BigDecimal.valueOf(double val) 静态方法来创建对象

• 加减乘除

  BigDecimal a = new BigDecimal("1.0");
  BigDecimal b = new BigDecimal("0.9");
  System.out.println(a.add(b));// 1.9
  System.out.println(a.subtract(b));// 0.1
  System.out.println(a.multiply(b));// 0.90
  System.out.println(a.divide(b));// 无法除尽，抛出 ArithmeticException 异常
  System.out.println(a.divide(b, 2, RoundingMode.HALF_UP));// 1.11

  使用divide方法的时候，尽量使用3个参数版本（roundingMode.oldMode)

• 保留规则

  public enum RoundingMode {
     // 2.5 -> 3 , 1.6 -> 2
     // -1.6 -> -2 , -2.5 -> -3
  			 UP(BigDecimal.ROUND_UP), //数轴上靠近哪个取哪个
     // 2.5 -> 2 , 1.6 -> 1
     // -1.6 -> -1 , -2.5 -> -2
  			 DOWN(BigDecimal.ROUND_DOWN), //数轴上离哪个远取哪个
  			 // 2.5 -> 3 , 1.6 -> 2
     // -1.6 -> -1 , -2.5 -> -2
  			 CEILING(BigDecimal.ROUND_CEILING),
  			 // 2.5 -> 2 , 1.6 -> 1
     // -1.6 -> -2 , -2.5 -> -3
  			 FLOOR(BigDecimal.ROUND_FLOOR), ////数轴上 正数：远离哪个取哪个  负数：靠近哪个取哪个
     	// 2.5 -> 3 , 1.6 -> 2
     // -1.6 -> -2 , -2.5 -> -3
  			 HALF_UP(BigDecimal.ROUND_HALF_UP),// 数轴上 正数：靠近哪个取哪个  负数：远离哪个取哪个
     //......
  }

• 大小比较
  使用compareTo

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代理模式#

使用代理对象来代替对真实对象的访问，就可以在不修改原目标对象的前提下提供额外的功能操作，扩展目标对象的功能，即在目标对象的某个方法执行前后可以增加一些自定义的操作

静态代理#

静态代理中，我们对目标对象的每个方法的增强都是手动完成的（*后面会具体演示代码*），非常不灵活（*比如接口一旦新增加方法，目标对象和代理对象都要进行修改*）且麻烦(*需要对每个目标类都单独写一个代理类*）。 实际应用场景非常非常少，日常开发几乎看不到使用静态代理的场景。

上面我们是从实现和应用角度来说的静态代理，从 JVM 层面来说， 静态代理在编译时就将接口、实现类、代理类这些都变成了一个个实际的 class 文件。

1. 定义一个接口及其实现类；
2. 创建一个代理类同样实现这个接口
3. 将目标对象注入进代理类，然后在代理类的对应方法调用目标类中的对应方法。这样的话，我们就可以通过代理类屏蔽对目标对象的访问，并且可以在目标方法执行前后做一些自己想做的事情。

代码:

//定义发送短信的接口
public interface SmsService {
    String send(String message);
}
//实现发送短信的接口
public class SmsServiceImpl implements SmsService {
    public String send(String message) {
        System.out.println("send message:" + message);
        return message;
    }
}
//创建代理类并同样实现发送短信的接口
public class SmsProxy implements SmsService {

    private final SmsService smsService;

    public SmsProxy(SmsService smsService) {
        this.smsService = smsService;
    }

    @Override
    public String send(String message) {
        //调用方法之前，我们可以添加自己的操作
        System.out.println("before method send()");
        smsService.send(message);
        //调用方法之后，我们同样可以添加自己的操作
        System.out.println("after method send()");
        return null;
    }
}
//实际使用
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        SmsService smsService = new SmsServiceImpl();
        SmsProxy smsProxy = new SmsProxy(smsService);
        smsProxy.send("java");
    }
}
//打印结果
before method send()
send message:java
after method send()

动态代理#

从JVM角度来说，动态代理是在运行时动态生成类字节码，并加载到JVM中的。 SpringAOP和RPC等框架都实现了动态代理