java集合包总结(添加、删除等操作实现原理)

1.集合包

常用的是Collection与Map两个接口的实现类。

Collection常用的两种接口：List和Set。

List实现类：ArrayList、LinkedList、Vector、Stack。

Set实现类：HashSet、TreeSet。

Collection主要包括创建、增加、删除、获取单个对象、遍历对象、判断对象是否存在与Collection中、对象的排序。

1.1ArrayList

创建：ArrayList采用数组的方式来存放对象，创建一个大小为10的Object数组。

插入对象：

问题：传入对象数组满了,怎么办？

当调用add方法时，首先基于ArrayList中已有的元素加1，产生minCapacity变量，然后比较此值和Object数组的大小，如果此值大于Object数组值，将Object数组值赋给新的数组对象，产生一个新的数组容量值。此值的计算方法是当前数组值x 1.5+1，如果容量值仍然小于minCapacity，那么就以minCapacity作为新的容量值。得出容量值后，调用Arrays.copyOf来生成新的数组对象。（如果想调整容量的增长策略，可继承ArrayList）

Arrays.copyOf方法实现：创建一个新数组对象，该数组对象的类型和之前的ArrayList中的元素的类型一致。（JDK优化，如果是Object类型，直接通过new Object[newLength]创建，如果不是，则通过Array.newInstance调用native方法创建相同类型的数组；创建完数组对象之后，调用System.arraycopy通过native方法将之前数组中的对象复制到新的数组中）

Collection中增加对象，ArrayList提供一个add(int，E)这样的方法，允许元素直接插入指定的int位置上（这个方法要确保插入的位置存在，确保容量够用）。但与add()方法不同，他要将当前数组的对象进行复制，将其后的数据都往后挪动一位，然后才能将指定的index位置的赋值为传入的对象。

除了add()，ArrayList还提供了set(int ,E)方法替换原来指定位置的对象。

删除对象：

   remove(E):遍历数组，将找到的相同对象删除（如果有重复的只删除一个），将index后面的对象往前复制一位。remove(int)删除指定位置的对象，它比remove(E):多一个数组范围的检测，但少了对象位置的查找，性能更好。

获取单个对象：

获得数组元素的位置，先做范围检测，然后可直接返回数组中位于此位置的对象。

遍历对象：

Iterator由ArrayList的父类AbstractList实现，当每次调用iterator方法时，都会创建一个新的AbstractList内部Itr的实例。当调用此实例的hasNext方法时，比较指定位置的数组是否和数组中已有的元素大小相等。如果相等放回false，否则返回true。

判断对象是否存在：

Contains(E)：遍历ArrayList已有元素。

indexOf和lastIndexOf是ArrayList用于获取对象所在位置的方法，IndexOf从前往后寻找，lastIndexOf从后向前。

注意

1.ArrayList基于数组，无容量限制。

2.ArrayList插入元素可能需要扩容，删除元素并不会减少数组的容量(如果希望相应的缩小数组容量，可以调用ArrayList的trimToSize())，在查找元素时需要遍历数组，对于非null元素采用equals的方式寻找。

3.ArrayList非线程安全。

1.2LinkedList

实现方式：基于双向链表机制，就是集合中的每个元素都知道其前一个元素及其后一个元素的位置。在LinkedList中，内部类Entry类来代表集合中的元素，元素值赋给element属性，Entry的next属性指向后一个元素，Entry中的previous属性指向元素的前一个原理，这样可以快速实现集合中元素的移动。

add(E):

向LinkedList中增加元素，就要创建Entry对象，完成添加操作链表的处理，始终保持双向链表的闭环。LinkedList add方法不需要考虑扩容及复制数组的问题。

remove(E)

删除LinkedList的一个元素也要遍历LinkedList中的元素，遍历和寻找匹配的元素的方法和ArrayList基本相同，但是删除元素的方法比ArrayList简单。

get(int)

由于LinkedList的元素并没有存储在一个数组中，因此get操作复杂。执行get操作的时候，首先要判断传入的index值是否合理。如果不符合，抛出IndexOutOfBoundsException。(如果值小于一半，则从头一直找到index位置所对应的next元素，如果大于，则从尾部往前，一直找到index位置所对应的previous元素)。

Iterator()

当调用Iterator()返回的hasnext方法时，判断当前cursor的位置是否等同于LinkedList的size变量，等于返回true，不等于返回false。如在遍历中增加或删除，则会抛出ConcurrentModificationException异常。也可以通过hasPrevious和prevoius来完成遍历。

contains(E)

LinkedList也是采用的遍历所有元素的方法。

注意：

1.LinkedList基于双向链表机制实现

2.LinkedList插入与删除原理

3.LinkedList是非线程安全的

 

1.3Vector

Vector() 默认创建一个大小为10的Object数组，设定一个参数capacityIncrement设置为0。

add(E):Vector中add方法加了synchorized关键字，因此方法线程安全，除此与ArrayList基本相同。除扩充数组：如果capacityIncrement大于0，则将Object数组大小扩大为size加上capacityIncrement的值。如果capacityIncrement <=0 ，在将Object数组扩大为现在size的两倍。这种容量的控制策略比ArrayList更为可控。

remove(E)

除了调用removeElement方法上有synchorized关键字外，其他和ArrayList完全相同。

get(int)

此方法同样有synchorized

Iterator

和ArrayList完全一样

contains(E)

Indexof放有synchorized方法

注意

Vector是基于synchorized实现的线程安全ArrayList。

1.4Stack

实现方式

Stack继承于Vector，在其基础上实现LIFO的弹出和压入，提供了push、pop、peek三个主要的方法。

push

通过调用Vector中的addElement来完成。

pop

调用peek获取元素，并同时删除数组的最后一个元素。

peek

Peek根据当前Object数组的大小，并取得最后一个元素

1.5HashSet

HashSet是Set接口的实现，与List明显的区别在于Set不允许元素重复，而List允许。Set为了做到不允许元素重复，采用的是基于HashMap来实现。

HashSet

要创建一个HashMap对象。

add()

调用HashMap的put()方法来完成此操作，将需要增加的元素作为map中key，value则传入一个之前已创建的Object对象。

remove(E)

使用HashMap的remove(E)方法来完成此操作。

Iterator

调用HashMap的keySet的iterator方法来完成此操作。HashSet不支持通过get(int)获取指定位置的元素，只能通过iterator方法获取。

注意要点：

对于HashSet而言，需要注意以下几点：

1.HashSet基于HashMap实现，无容量限制

2.HashSet是非线程安全的。

 

1.6TreeSet

TreeSet和HashSet主要不同在于TreeSet对于排序的支持，TreeSet基于TreeMap实现

 

Iterator

调用TreeSet的navigableKeySet的iterator方法完成此操作。

TreeSet和HashSet一样都是基于Map完成，也不支持get(int)操作获取指定位置的元素。TreeSet基于TreeMap，TreeSet还提供了一些排序方面的支持。TreeSet非线程安全。

 

1.7HashMap

HashMap是Map最常用的实现

HashMap(): 将loadFactor设置为0.75，threshold设置为12，并创建一个大小为16的Entry对象数组。

put(key,value):key为null时，HashMap的做法为获取Entry数组中的第一个Entry对象，并基于Entry对象的next属性遍历。若找到key为null的Entry对象，则将value赋值为新的value。

若没有key为null的Entry，则增加一个Entry对象。如果此时Entry数组已用的大小>=threshold，则将Entry数组扩大为当前大小的两倍。扩大时对当前Entry对象数组中的元素重新hash，并填充数组，最后重新设置threshhold值。

解决hash冲突，来看看HashMap的解决方法。如果找到hash值相等的Entry对象，替换此Entry对象的值，并返回旧的值。如未找到，向对应的数组位置增加新的Entry对象，增加时采取的方法和key为null的情况基本相同，只是它替换指定位置的Entry对象。所以hashmap解决冲突的是链表的方式，而不是开放定址法。

get(key)

key为null的情况，直接获取数组中的第一个Entry对象，并且基于next属性进行遍历，寻找key为null的Entry对象，如找到则返回null，对于key为非null的情况，则对key进行hash和按位与操作，找到对应的存储位置，然后获取次位置对应的Entry对象，基于next属性遍历，寻找hash值相等，且key相等的Entry对象，返回其value，如果未找到，则返回null。

remove()

与get相似，只是在找到匹配的key后，将数组上的元素的值置为其next元素的值。

containsKey()

通过getEntry方法来完成，getEntry与get过程基本相同，知识找到匹配饿的key后，直接返回Entry对象，containsKey返回false或者true。

keySet()

调用keySet()返回一个HashMap中的keySet实例。HashMap无法保证顺序输出，若要按顺序，使用TreeMap。HashMap非线程安全的。

注意要点

HashMap

1HashMap采用数组方式存储key、value构成的Entry对象，无容量限制。

2HashMap基于key hash寻找Entry对象存放到数组的位置，对于hash冲突采用链表的方式解决。

3HashMap在插入元素时可能会要扩大数组的容量，在扩大容量时，要重新计算hash，并复制到新的数组。

4HashMap线程非安全

 

1.8TreeMap

实现方式：支持排序的Map实现，但是实现方式与HashMap并不相同。

TreeMap()

将comparator属性赋值为null，控制存储顺序需要使用Comparator参数的构造器。

put(key,value)

基于红黑树的方式遍历，基于comparator来比较应放在左边还是右边，如果key相等，则替换其value，并返回结束put操作。如果没找到相等的key，则一直寻找左边或右边节点为null的元素，如comparator实现为null，则判断key是否为null，则抛出NullPointerException。

TreeMap是典型的红黑树实现，因此它要求一定要有key比较的方法，要么传入Comparator实现，要么key实现Comparatable接口

get()

红黑树查找

remove()

首先要getEntry，然后将此Entry从红黑树上删除，并重新调整树上的相关的节点。

containsKey()

和get方法一样，都是通过getEntry方法来完成，因此过程和get方法一样，只是containsKey直接判断返回的Entry是否为null，为null返回false，否则，返回true。

keySet()

Iterator的遍历从跟开始，基于红黑树顺序完成。

注意要点

1.TreeMap基于红黑树，无容量限制

2.TreeMap非线程安全。