# 前言 　　Java集合框架 (Java Collections Framework, JCF) 也称容器，这里可以类比 C++ 中的 STL，在市面上似乎还没能找到一本详细介绍的书籍。在这里主要对如下部分进行源码分析，及在面试中常见的问题。 　　例如，在阿里面试常问到的 HashMap 和 ConcurrentHashMap 原理等等。深入源码分析是面试中必备的技能，通过本文的阅读会对集合框架有更深一步的了解。 本文参考： * [CarpenterLee/JCFInternals: 深入理解Java集合框架](https://github.com/CarpenterLee/JCFInternals) * [crossoverJie/Java-Interview:👨‍🎓Java related : basic, concurrent, algorithm](https://github.com/crossoverJie/Java-Interview) * [Interview-Notebook/Java 容器.md at master · CyC2018/Interview-Notebook](https://github.com/CyC2018/Interview-Notebook/blob/master/notes/Java%20%E5%AE%B9%E5%99%A8.md) # [](https://github.com/frank-lam/fullstack-tutorial/blob/master/notes/JavaArchitecture/02-Java%E9%9B%86%E5%90%88%E6%A1%86%E6%9E%B6.md#一概述)一、概述 　　Java集合框架提供了数据持有对象的方式，提供了对数据集合的操作。Java 集合框架位于`java.util`包下，主要有三个大类：**Collection(接口)**、**Map(接口)**、**集合工具类**。 ## [](https://github.com/frank-lam/fullstack-tutorial/blob/master/notes/JavaArchitecture/02-Java%E9%9B%86%E5%90%88%E6%A1%86%E6%9E%B6.md#集合框架图)集合框架图 [](https://github.com/frank-lam/fullstack-tutorial/blob/master/notes/JavaArchitecture/assets/1535785576589.png) ## [](https://github.com/frank-lam/fullstack-tutorial/blob/master/notes/JavaArchitecture/02-Java%E9%9B%86%E5%90%88%E6%A1%86%E6%9E%B6.md#collection)Collection * `ArrayList`：**线程不同步**。默认初始容量为 10，当数组大小不足时容量扩大为 1.5 倍。为追求效率，ArrayList 没有实现同步（synchronized），如果需要多个线程并发访问，用户可以手动同步，也可使用 Vector 替代。 * `LinkedList`：**线程不同步**。**双向链接实现**。LinkedList 同时实现了 List 接口和 Deque 接口，也就是说它既可以看作一个顺序容器，又可以看作一个队列（Queue），同时又可以看作一个栈（Stack）。这样看来，LinkedList 简直就是个全能冠军。当你需要使用栈或者队列时，可以考虑使用 LinkedList，一方面是因为 Java 官方已经声明不建议使用 Stack 类，更遗憾的是，Java 里根本没有一个叫做 Queue 的类（它是个接口名字）。关于栈或队列，现在的首选是 ArrayDeque，它有着比 LinkedList（当作栈或队列使用时）有着更好的性能。 * `Stack and Queue`：Java 里有一个叫做 Stack 的类，却没有叫做 Queue 的类（它是个接口名字）。当需要使用栈时，Java 已不推荐使用 Stack，而是推荐使用更高效的 ArrayDeque；既然 Queue 只是一个接口，当需要使用队列时也就首选 ArrayDeque 了（次选是 LinkedList ）。 * `Vector`：**线程同步**。默认初始容量为 10，当数组大小不足时容量扩大为 2 倍。它的同步是通过`Iterator`方法加`synchronized`实现的。 * `Stack`：**线程同步**。继承自 Vector，添加了几个方法来完成栈的功能。现在已经不推荐使用 Stack，在栈和队列中有限使用 ArrayDeque，其次是 LinkedList。 * `TreeSet`：**线程不同步**，内部使用`NavigableMap`操作。默认元素 “自然顺序” 排列，可以通过`Comparator`改变排序。TreeSet 里面有一个 TreeMap（适配器模式） * `HashSet`：**线程不同步**，内部使用 HashMap 进行数据存储，提供的方法基本都是调用 HashMap 的方法，所以两者本质是一样的。集合元素可以为 NULL。 * `Set`：Set 是一种不包含重复元素的 Collection，Set 最多只有一个 null 元素。Set 集合通常可以通过 Map 集合通过适配器模式得到。 * `PriorityQueue`：Java 中 PriorityQueue 实现了 Queue 接口，不允许放入 null 元素；其通过堆实现，具体说是通过完全二叉树（complete binary tree）实现的**小顶堆**（任意一个非叶子节点的权值，都不大于其左右子节点的权值），也就意味着可以通过数组来作为 PriorityQueue 的底层实现。 * **优先队列的作用是能保证每次取出的元素都是队列中权值最小的**（Java 的优先队列每次取最小元素，C++ 的优先队列每次取最大元素）。这里牵涉到了大小关系，**元素大小的评判可以通过元素本身的自然顺序（natural ordering），也可以通过构造时传入的比较器**（*Comparator*，类似于 C++ 的仿函数）。 * `NavigableSet`：添加了搜索功能，可以对给定元素进行搜索：小于、小于等于、大于、大于等于，放回一个符合条件的最接近给定元素的 key。 * `EnumSet`：线程不同步。内部使用 Enum 数组实现，速度比`HashSet`快。**只能存储在构造函数传入的枚举类的枚举值**。 　　 ## [](https://github.com/frank-lam/fullstack-tutorial/blob/master/notes/JavaArchitecture/02-Java%E9%9B%86%E5%90%88%E6%A1%86%E6%9E%B6.md#map)Map * `TreeMap`：线程不同步，基于**红黑树**（Red-Black tree）的 NavigableMap 实现，能够把它保存的记录根据键排序，默认是按键值的升序排序，也可以指定排序的比较器，当用 Iterator 遍历 TreeMap 时，得到的记录是排过序的。 * **TreeMap 底层通过红黑树（Red-Black tree）实现**，也就意味着`containsKey()`,`get()`,`put()`,`remove()`都有着`log(n)`的时间复杂度。其具体算法实现参照了《算法导论》。 * `HashTable`：**线程安全**，HashMap 的迭代器 (Iterator) 是`fail-fast`迭代器。**HashTable 不能存储 NULL 的 key 和 value。** * `HashMap`：线程不同步。根据`key`的`hashcode`进行存储，内部使用静态内部类`Node`的数组进行存储，默认初始大小为 16，每次扩大一倍。当发生 Hash 冲突时，采用拉链法（链表）。JDK 1.8中：**当单个桶中元素个数大于等于8时，链表实现改为红黑树实现；当元素个数小于6时，变回链表实现。由此来防止hashCode攻击。** * Java HashMap 采用的是冲突链表方式。 * HashMap 是 Hashtable 的轻量级实现，可以接受为 null 的键值 (key) 和值 (value)，而 Hashtable 不允许。 * `LinkedHashMap`：**保存了记录的插入顺序**，在用 Iterator 遍历 LinkedHashMap 时，先得到的记录肯定是先插入的。也可以在构造时用带参数，按照应用次数排序。在遍历的时候会比 HashMap 慢，不过有种情况例外，当 HashMap 容量很大，实际数据较少时，遍历起来可能会比 LinkedHashMap 慢，因为 LinkedHashMap 的遍历速度只和实际数据有关，和容量无关，而 HashMap 的遍历速度和他的容量有关。 * `WeakHashMap`：从名字可以看出它是某种 Map。它的特殊之处在于 WeakHashMap 里的 entry 可能会被 GC 自动删除，即使程序员没有调用`remove()`或者`clear()`方法。 WeakHashMap 的存储结构类似于HashMap * 既然有 WeekHashMap，是否有 WeekHashSet 呢？答案是没有！不过 Java Collections 工具类给出了解决方案，`Collections.newSetFromMap(Map<E,Boolean> map)`方法可以将任何 Map包装成一个Set。 ## [](https://github.com/frank-lam/fullstack-tutorial/blob/master/notes/JavaArchitecture/02-Java%E9%9B%86%E5%90%88%E6%A1%86%E6%9E%B6.md#工具类)工具类 * `Collections`、`Arrays`：集合类的一个工具类帮助类，其中提供了一系列静态方法，用于对集合中元素进行排序、搜索以及线程安全等各种操作。 * `Comparable`、`Comparator`：一般是用于对象的比较来实现排序，两者略有区别。 > * 类设计者没有考虑到比较问题而没有实现 Comparable 接口。这是我们就可以通过使用 Comparator，这种情况下，我们是不需要改变对象的。 > * 一个集合中，我们可能需要有多重的排序标准，这时候如果使用 Comparable 就有些捉襟见肘了，可以自己继承 Comparator 提供多种标准的比较器进行排序。 **说明**：线程不同步的时候可以通过，Collections.synchronizedList() 方法来包装一个线程同步方法 ## [](https://github.com/frank-lam/fullstack-tutorial/blob/master/notes/JavaArchitecture/02-Java%E9%9B%86%E5%90%88%E6%A1%86%E6%9E%B6.md#通用实现)通用实现 :-: <table align="center"><tr><td colspan="2" rowspan="2" align="center" border="0"></td><th colspan="5" align="center">Implementations</th></tr><tr><th>Hash Table</th><th>Resizable Array</th><th>Balanced Tree</th><th>Linked List</th><th>Hash Table + Linked List</th></tr><tr><th rowspan="4">Interfaces</th><th>Set</th><td><tt>HashSet</tt></td><td></td><td><tt>TreeSet</tt></td><td></td><td><tt>LinkedHashSet</tt></td></tr><tr><th>List</th><td></td><td><tt>ArrayList</tt></td><td></td><td><tt>LinkedList</tt></td><td></td></tr><tr><th>Deque</th><td></td><td><tt>ArrayDeque</tt></td><td></td><td><tt>LinkedList</tt></td><td></td></tr><tr><th>Map</th><td><tt>HashMap</tt></td><td></td><td><tt>TreeMap</tt></td><td></td><td><tt>LinkedHashMap</tt></td></tr></table> **参考资料：** * [CarpenterLee/JCFInternals:深入理解Java集合框架](https://github.com/CarpenterLee/JCFInternals) * [Java基础-集合框架 - 掘金](https://juejin.im/post/5af86ac8f265da0ba063410e)