复习-JavaGuide-集合 on 随记

ConcurrentHashMap源码

Sat, 22 Oct 2022 18:26:52 +0000

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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。

HashMap源码

Fri, 21 Oct 2022 15:30:09 +0000

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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！

ArrayList源码

Thu, 20 Oct 2022 17:01:47 +0000

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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 )#

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;
 }
 }

以无参构造参数函数为例 先看下面的 add()方法扩容

集合使用注意事项

Wed, 19 Oct 2022 17:26:07 +0000

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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

集合_2

Tue, 18 Oct 2022 08:54:49 +0000

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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

集合_1

Mon, 17 Oct 2022 08:55:24 +0000

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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。

复习-JavaGuide-集合 on 随记

ConcurrentHashMap源码

总结#

源码 （略过）#

ConcurrentHashMap1.7#

ConcurrentHashMap1.8#

HashMap源码

HashMap简介#

底层数据结构分析#

ArrayList源码

简介#

3. 扩容机制分析 ( JDK8 )#

集合使用注意事项

集合判空#

集合转Map#

集合_2

Map#

集合_1

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#

各种集合框架–底层数据结构#

源码（略过）#

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