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集合与数组

hashCode方法的作用？

层次关系

集合类遍历

List集合层次图

对比 Vector、ArrayList、LinkedList 有何区别？

读写效率：

扩容：

一般来说，也可以补充一下不同容器类型适合的场景：

Set 集合的几种实例

线程安全

在 Java 9 中，Java 标准类库提供了一系列的静态工厂方法

集合与数组

数组（可以存储基本数据类型）是用来存现对象的一种容器，但是数组的长度固定，不适合在对象数量未知的情况下使用。

集合（只能存储对象，对象类型可以不一样）的长度可变，可在多数情况下使用。

hashCode方法的作用？

　　Set集合元素无序，但元素不可重复。那么这里就有一个比较严重的问题了：要想保证元素不重复，可两个元素是否重复应该依据什么来判断呢？如果集合中现在已经有1000个元素，那么第1001个元素加入集合时，它就要调用1000次equals方法。这显然会大大降低效率。于是，Java采用了哈希表的原理，hashCode方法实际上返回的就是对象存储的物理地址（实际可能并不是）。这样一来，当集合要添加新的元素时，先调用这个元素的hashCode方法，就一下子能定位到它应该放置的物理位置上。如果这个位置上没有元素，它就可以直接存储在这个位置上，不用再进行任何比较了；如果这个位置上已经有元素了，就调用它的equals方法与新元素进行比较，相同的话就不存了，不相同就散列其它的地址。所以这里存在一个冲突解决的问题。这样一来实际调用equals方法的次数就大大降低了，几乎只需要一两次。

层次关系

图中，实线边框的是实现类，折线边框的是抽象类，而点线边框的是接口

java 可以保存list的最大长度 java list最多能存多少条数据_数组

Collection接口是集合类的根接口。扩展开提供了三大类集合，分别是：

  • List，有序集合，它提供了方便的访问、插入、删除等操作。
  • Set，Set 是不允许重复元素的，这是和 List 最明显的区别，也就是不存在两个对象 equals 返回 true。我们在日常开发中有很多需要保证元素唯一性的场合。
  • Queue/Deque，则是 Java 提供的标准队列结构的实现，除了集合的基本功能，它还支持类似先入先出（FIFO， First-in-First-Out）或者后入先出（LIFO，Last-In-First-Out）等特定行为。这里不包括 BlockingQueue，因为BlockingQueue通常是用在并发编程场合，所以被放置在并发包里。

Map是Java.util包中的另一个接口，它和Collection接口没有关系，是相互独立的，但是都属于集合类的一部分。Map包含了key-value键值对。Map不能包含重复的key，但是可以包含相同的value。

Iterator，所有的集合类，都实现了Iterator接口，这是一个用于遍历集合中元素的接口，主要包含以下三种方法：

  • hasNext()是否还有下一个元素。
  • next()返回下一个元素。
  • remove()删除当前元素。

集合类遍历

在类集中提供了以下四种的常见输出方式：

1、Iterator：迭代输出，是使用最多的输出方式。

Iterator it = arr.iterator();
while (it.hasNext()) {
    Object o = it.next(); 
}

2、ListIterator：是Iterator的子接口，专门用于输出List中的内容。

Iterator it = arr.listIterator();
while (it.hasNext()) {
    Object o = it.next();
}

3、foreach输出：JDK1.5之后提供的新功能，可以输出数组或集合。

for (Object i:arr) {
    ...            
}

4、for循环

for (int i = 0; i <arr.size() ; i++) {
    ... 
}

 

对比 Vector、ArrayList、LinkedList 有何区别？

这三者都是实现集合框架中的 List，也就是所谓的有序集合，因此具体功能也比较近似，比如都提供按照位置进行定位、添加或者删除的操作，都提供迭代器以遍历其内容等。但因为具体的设计区别，在行为、性能、线程安全等方面，表现又有很大不同。

Vector 是 Java 早期提供的线程安全的动态数组，如果不需要线程安全，并不建议选择，毕竟同步是有额外开销的。Vector 内部是使用对象数组来保存数据，可以根据需要自动的增加容量，当数组已满时，会创建新的数组，并拷贝原有数组数据。

ArrayList 是非线程安全动态数组实现，它本身不是线程安全的，所以性能要好很多。与 Vector 近似，ArrayList 也是可以根据需要调整容量，不过两者的调整逻辑有所区别，vector增长率为目前数组长度的100%，而Arraylist增长率为目前数组长度的50%。

LinkedList 顾名思义是 Java 提供的双向链表，所以它不需要像上面两种那样调整容量，它也不是线程安全的。它本身有自己特定的方法，如: addFirst(),addLast(),getFirst(),removeFirst(),removeLast()等.。 

读写效率：

在删除可插入对象的动作时，为什么ArrayList的效率会比较低呢?

  • Vector 和 ArrayList 作为动态数组，除了尾部，从数组的其它位置插入和删除元素，需要移动后段的数组元素，从而会重新调整索引顺序，调整索引顺序会消耗一定的时间，所以速度上就会比LinkedList要慢许多，比如我们在中间位置插入一个元素，需要移动后续所有元素。
  • 相反，LinkedList是使用链表实现的，若要从链表中删除或插入某一个对象,只需要改变前后对象的引用即可。 

扩容：

ArrayList 在执行插入元素是超过当前数组预定义的最大值时，数组需要扩容，扩容过程需要调用底层System.arraycopy()方法进行大量的数组复制操作；在删除元素时并不会减少数组的容量（如果需要缩小数组容量，可以调用trimToSize()方法）；在查找元素时要遍历数组，对于非null的元素采取equals的方式寻找。

Vector 与ArrayList 仅在插入元素时容量扩充机制不一致。Vector 与ArrayList 默认创建一个大小为10的Object数组，如 Vector的容量为10，一次扩容后是容量为20，如 ArrayList的容量为10，一次扩容后是容量为16。

对于Vector，将capacityIncrement设置为0；当插入元素数组大小不够时，如果capacityIncrement大于0，则将Object数组的大小扩大为现有size+capacityIncrement；如果capacityIncrement<=0,则将Object数组的大小扩大为现有大小的2倍。

 

一般来说，也可以补充一下不同容器类型适合的场景：

  • Vector 和 ArrayList 作为动态数组，其内部元素以数组形式顺序存储的，所以非常适合随机访问的场合。
  • LinkedList 经常用在增删操作较多而查询操作很少的情况下，ArrayList则相反。
  • LinkedList 实现Stack(堆栈)使用removeFirst()方法，实现Queue(队列)使用removeLast()方法。前者先进后出，后者是先进先出。LinkedList还是实现了Queue接口，因此可以直接作为队列使用。 

Set 集合的几种实例

TreeSet  

  • TreeSet 实际是利用 TreeMap 实现的，TreeSet 支持自然顺序访问，但是添加、删除、包含等操作要相对低效（log(n) 时间）。
  • TreeSet支持两种排序方式，自然排序和定制排序，其中自然排序为默认的排序方式。
  • TreeSet判断两个对象不相等的方式是两个对象通过equals方法返回false，或者通过CompareTo方法比较没有返回0

HashSet 

  • 其实是以 HashMap 为基础实现的。
  • HashSet 不能保证元素的排列顺序，顺序有可能发生变化，不是同步的，集合元素可以是null,但只能放入一个null。
  • 当向HashSet结合中存入一个元素时，HashSet会调用该对象的hashCode()方法来得到该对象的hashCode值，然后根据 hashCode值来决定该对象在HashSet中存储位置。

LinkedHashSet

  • 是根据元素的hashCode值来决定元素的存储位置。
  • 内部构建了一个记录插入顺序的双向链表，当遍历该集合时候，LinkedHashSet将会以元素的添加顺序访问集合的元素。
  • LinkedHashSet在迭代访问Set中的全部元素时，性能比HashSet好，但是插入时性能稍微逊色于HashSet。

在遍历元素时，HashSet 性能受自身容量影响，所以初始化时，除非有必要，不然不要将其背后的 HashMap 容量设置过大。而对于 LinkedHashSet，由于其内部链表提供的方便，遍历性能只和元素多少有关系。 

线程安全

不是线程安全的集合，并不代表这些集合完全不能支持并发编程的场景，在 Collections 工具类中，提供了一系列的 synchronized 方法，比如：

static <T> List<T> synchronizedList(List<T> list)

我们完全可以利用类似方法来实现基本的线程安全集合：

List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList());

它的实现，基本就是将每个基本方法，比如 get、set、add 之类，都通过 synchronizd 添加基本的同步支持，非常简单粗暴，但也非常实用。注意这些方法创建的线程安全集合，都符合迭代时 fail-fast 行为，当发生意外的并发修改时，尽早抛出 ConcurrentModificationException 异常，以避免不可预计的行为。 

在 Java 9 中，Java 标准类库提供了一系列的静态工厂方法

比如，List.of()、Set.of()，大大简化了构建小的容器实例的代码量。根据业界实践经验，我们发现相当一部分集合实例都是容量非常有限的，而且在生命周期中并不会进行修改。但是，在原有的 Java 类库中，我们可能不得不写成：

ArrayList<String>  list = new ArrayList<>();
list.add("Hello");
list.add("World");

 而利用新的容器静态工厂方法，一句代码就够了，并且保证了不可变性。

List<String> simpleList = List.of("Hello","world");

更进一步，通过各种 of 静态工厂方法创建的实例，还应用了一些我们所谓的最佳实践，比如，它是不可变的，符合我们对线程安全的需求；它因为不需要考虑扩容，所以空间上更加紧凑等。

如果我们去看 of 方法的源码，你还会发现一个特别有意思的地方：我们知道 Java 已经支持所谓的可变参数（varargs），但是官方类库还是提供了一系列特定参数长度的方法，看起来似乎非常不优雅，为什么呢？这其实是为了最优的性能，JVM 在处理变长参数的时候会有明显的额外开销，如果你需要实现性能敏感的 API，也可以进行参考。