Java的集合类以及hashMap的实现原理

Java集合类

Collection

List

ArrayList

LinkedList

Vector

Set

HashSet

LinkedHashSet

SortedSet

TreeSet

Map

HashMap

HashTable

WeakHashMap

Collection是所有集合类的根接口，其被继承产生了2个接口，分别是List和Set。

List是无序的、可重复，提供了按照索引访问的方式，查询速度快，往集合里面添加或者删除元素的时候会伴随着后面数据的移动，所以插入删除速度会慢

Set是有序的、不可重复的

Map：K-V键值对，一个key只能对应一个value，一个value可以对应多个key

遍历方式

Iterator

foreach

for循环

keySet（针对map）

ArrayList和LinkedList

ArrayList实现了基于动态数组的数据结构，LinkedList是基于链表的数据结构

对于访问查询来说，arrayList可以快速的定位，linkedList需要移动指针，速度相对较慢

对于添加和删除操作，arrayList会导致后面元素的移动，速度相对较慢；linkedList只需要将之前的链断掉，重新建立起新的链，速度相对较快

HashMap和TreeMap

HashMap是通过hashCode进行的查找；TreeMap保持着某种固定的顺序

在Map中添加，删除操作，用hashmap比较好，但是要按照自然顺序或者自定义顺序来得到结果，treeMap比较好

同样做测试：

在HashMap中，同样的值的map,顺序不同，equals时，false;

而在treeMap中，同样的值的map,顺序不同,equals时，true，说明，treeMap在equals()时是整理了顺序了的。

HashTable与HashMap

Hashtable是线程安全的，也就是说是同步的，而HashMap是线程序不安全的，不是同步的。

HashMap允许存在一个为null的key，多个为null的value 。

hashtable的key和value都不允许为null。

在java语言中，最基本的数据结构有2种，一个是数组，一个是模拟指针，所有的数据类型都可以用这两种数据结构来构造，hashMap也不例外，hashMap采用了“链表散列”的数据结构，也就是数组和链表的结合体

能够看出来hashMap的底层实际上是数组，不过数组中的元素又是链表。初始化hashMap的时候，就是新创建了一个数组

hashMap的存储实现

根据源码我们可以看到，当我们往hashMap中put元素的时候，首先会根据key的hashCode计算出hash值，根据hash值就能确定出这个元素放在数组中的什么位置(下标)，如果这个位置已经有元素存在了，那么这个位置上的元素就会以链表的形式进行存储，即新添加的元素放在链表头，之前的元素放链表尾，如果这个位置没有元素存在，那直接就放在这个位置

从hashMap取元素的时候，辉县根据key的hashCode，找到所在的位置，然后通过equals方法来在链表中找到对应的元素

我们可以看到在HashMap中要找到某个元素，需要根据key的hash值来求得对应数组中的位置。如何计算这个位置就是hash算法。前面说过HashMap的数据结构是数组和链表的结合，所以我们当然希望这个HashMap里面的元素位置尽量的分布均匀些，尽量使得每个位置上的元素数量只有一个，那么当我们用hash算法求得这个位置的时候，马上就可以知道对应位置的元素就是我们要的，而不用再去遍历链表，这样就大大优化了查询的效率。

   对于任意给定的对象，只要它的 hashCode() 返回值相同，那么程序调用 hash(int h) 方法所计算得到的 hash 码值总是相同的。我们首先想到的就是把hash值对数组长度取模运算，这样一来，元素的分布相对来说是比较均匀的。但是，“模”运算的消耗还是比较大的，在HashMap中是这样做的：调用 indexFor(int h, int length) 方法来计算该对象应该保存在 table 数组的哪个索引处。indexFor(int h, int length) 方法的代码如下：

Java代码  

1. static int indexFor(int h, int length) {  
2.     return h & (length-1);  
3. }  

 

   这个方法非常巧妙，它通过 h & (table.length -1) 来得到该对象的保存位，而HashMap底层数组的长度总是 2 的 n 次方，这是HashMap在速度上的优化。在 HashMap 构造器中有如下代码：

Java代码  

1. int capacity = 1;  
2.     while (capacity < initialCapacity)  
3.         capacity <<= 1;  

   这段代码保证初始化时HashMap的容量总是2的n次方，即底层数组的长度总是为2的n次方。

当length总是 2 的n次方时，h& (length-1)运算等价于对length取模，也就是h%length，但是&比%具有更高的效率。