图学java基础篇之集合

（本文部分图片引用自其余博客，最后有连接，侵删。因为笔记使用markdown记录，格式可能不是太好看，见谅）

集合结构

红字为java.util包下的，绿字为concurrent包下扩展的与并发相关的类

List

ArrayList

功能：有序非线程安全列表
要点：

• 底层存储用Object数组
• 元素可为null
• 自动扩容至1.5倍
• 适合随机访问，不适合大量或频繁增删

LinkedList

功能：有序非线程安全列表
要点：

• 基于双向链表实现
• 元素可为null
• 同时实现了双端队列Deque，支持队列、堆栈操做
• 适合增删，顺序访问，不适合随机访问

Vector

功能：有序线程安全列表
要点：

• 功能和ArrayList同样，只有线程安全区别，效率较ArrayList低
• 实际上算是老版本的List，除了线程安全的状况下不用

Stack

功能：基于Vector实现的堆栈
要点：

• 线程安全
• 后进先出（LIFO）1

CopyOnWriteArrayList

功能：快照版本的ArrayList，修改操做经过复制一份数组操做
要点：

• 线程安全
• 任何修改都会在拷贝的新副本上进行
• 修改操做经过ReentrantLock同步
• 迭代器只能访问，不能修改，且不会由于遍历过程当中修改而抛异常

实现线程安全List的方法

• 使用synchronized：对List操做是进行同步，须要本身控制
• 使用Vector：效率低，已经较少使用了
• 使用CopyOnWriteArrayList，前边已经介绍了，这个只能在量小读多写少的场景下用，且性能不好，通常不要用
• 使用Collections.synchronizedList()：工具类提供的一个比较简便的方法，能够直接建立一个线程安全的list，建议使用。其原理是对ArrayList进行包装，经过一个对象锁来控制并发，须要注意的是要弄清楚对象锁锁的是哪一个对象。

Map

HashMap

功能：
要点：key-value的map,存储位置根据key的hash值肯定

• 非线程安全
• 底层使用Entry<K, V>数组table
• 冲突使用链存储
• table长度为2^n，这样结合hash算法有利于均匀分布
• 当发生冲突时，新元素会插入到链首
• 每次table容量变化时，须要从新rehash
• 键值都可为null
  

HashTable

功能：key-value的map,存储位置根据key的hash值肯定，与Hash的算法不一样之处是，其位置直接经过hash(key)%table.length计算（HashMap使用h&(length – 1)计算，效率更高，才外还有一些细节不一样，可自行参看源码）
要点：

• 线程安全
• 继承自Dictionary
• 底层使用Entry<K, V>数组table
• 冲突使用链存储
• table长度为2^n，这样结合hash算法有利于均匀分布
• 当发生冲突时，新元素会插入到链首
• 每次table容量变化时，须要从新rehash
• 键值不能为空
  

TreeMap

功能：基于红黑树实现的有序集合 要点：

• 非线程安全
• 底层为一个棵红黑树
• 继承NavigableMap,主要实现了SortMap，所以是有序的
• 增删改查均可参考红黑树操做

ConcurrentHashMap

功能：线程安全的HashMap，属于java.util.concurrent下的拓展类
要点：

• 线程安全
• 底层实现是一个Segment<K, V>数组，Segment内部经过一个HashEntry<K, V>数组存储元素数据，同时Segment继承了ReentrantLock，直接经过自己的锁对改段数据操做同步
• 从底层结构能够发现，其修改时不会对整个集合加锁，而是对段加锁，所以容许同时修改多个段，效率更高
• 继承NavigableMap,主要实现了SortMap，所以是有序的
• Segment的划分是经过key的hashCode计算

ConcurrentSkipListMap

功能：线程安全的有序Map，是经过一个叫作跳表的数据结构实现 要点：

• 线程安全
• 底层实现是一个多层链表，每层元素都有序，每低一层都包含上一层的元素，最底层包含全部元素。这样设计的巧妙之处是从上层逐层查找时，可以快速定位元素区间。思想上有点像折半查找，不过是把每次折半的中间值分层存了起来。同时链表结构是修改操做一样高效
• key是有序的
• 空间换时间，效率很高，可是空间占用也很厉害
  

Map的用法

• 非线程安全情景基本上都用HashMap
• 有序用TreeMap
• 线程安全优先ConcurrentHashMap
• ConcurrentHashMap和ConcurrentSkipListMap的优劣主要在于并发量，并发量不高时前者效率高，并发量很大时能够考虑后者

Set

HashSet

功能： 就是一个value均为同一个PRESENT对象的HashMap 要点：

• 非线程安全
• 底层为一个HashMap，其全部元素value值是一个Object类型的静态常量
• 其余参考HashMap

TreeSet

功能： 同TreeMap 要点：

• 非线程安全
• 底层为一个TreeMap，其全部元素value值是一个Object类型的静态常量
• 其余参考TreeMap

ConcurrentSkipListSet

功能： 同ConcurrentSkipListMap

CopyOnWriteArraySet

功能： 同ConcurrentSkipListMap
要点：

• 须要注意的是底层实现是经过CopyOnWriteArrayList，而非HashMap
• 使用场景与CopyOnWriteArrayList同样

Queue

Queue实现了队列操做，是基本集合的一个扩充，特色是提供了队列操做offer、poll和peek，主要分为两类，一类只支持单端操做，常见的如PriorityQueue，另外一类为双端队列，可实现堆栈操做，均实现Deque。需注意的是队列也提供了add和remove，但应避免使用。

PriorityQueue

功能：如其名，优先级队列，可根据Comparator实现优先级排列
要点：

• 非线程安全
• 底层为一个Object数组
• 不提供Comparator时按照元素天然顺序

ArrayDeque

功能：如其名，优先级队列，可根据Comparator实现优先级排列
要点：

• 非线程安全
• 底层为一个E[]数组，同时提供head和tail记录存储数据的首位位置
• 因为使用数组不是链表，速度比LinkedList更快

LinkedBlockingDeque

功能：阻塞队列，支持支持FIFO和FILO
要点：

• 线程安全
• 底层为一个链表，经过一个ReentrantLock锁控制并发
• 可指定容量，实现阻塞，队满时插入阻塞，队空时读取阻塞，不指定则取最大整数
• 注意take在空时不阻塞直接返回失败，而poll则会阻塞
• 可指定元素超时时间

LinkedBlockingQueue

功能：阻塞队列，和LinkedBlockingDeque基本同样，不过支持队列操做

PriorityBlockingQueue

功能：优先级阻塞队列，直接看名字，不解释了

SynchronousQueue

功能：阻塞队列，特殊之处在于其不存储元素，一个元素入队以后必须出队，不然阻塞，能够理解为1个元素的阻塞队列

LinkedTransferQueue

功能：LinkedBlockingQueue和SynchronousQueue的结合体，特色是若是一个元素入队过程当中发现又出队请求，则直接返回，不会再插入链表中 要点：

• 注意其并发并不是经过ReentrantLock，而是经过LockSupport工具类实现

DelayQueue

功能：延迟队列，只有达到指定时间的元素才能出队
要点：

• 底层实现是一个PriorityQueue，经过ReentrantLock控制并发
• 能够理解为一个以入队时间-延迟时间为优先级的队列

一些使用上的浅见

• 从上边的总结能够看出来java对于集合的实现很是完善，几乎全部场景都有对应的类。所以咱们应该避免重复造轮子，在合适的场景下使用合适的集合不只省力，并且更可靠
• 能简则不繁，其实多数状况下咱们使用基本的几个类就够了，复杂的实现通常用于底层框架_(如JDK以及一些经常使用框架中就用到了很多并发的实现，但其场景都十分鲜明)_。若是平时写也想上层逻辑时使用了负责的集合类，每每咱们须要认真考虑下真的有没有必要，或者这部分是否是能够抽象为一个通用的组件，这算是个颇有用的代码架构技巧吧。
• 不管怎么用，理解至上。几个基本类之因此用的顺手是由于咱们熟悉其特性，而对于复杂的集合类必定要理解其特性，不然很容易踩坑。集合部分算是JDK中最容易理解的代码了，花一下子时间而保证优质代码仍是很值的。

备注

一些参考博客 (都是很优秀的博客，若我的看源码吃力，能够参考着这些博客来看)
http://cmsblogs.com/?cat=5
http://my.oschina.net/lifany/blog/191294
http://blog.csdn.net/guangcigeyun/article/details/8278349
http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3503480.html
http://www.infoq.com/cn/articles/java-blocking-queue/
http://my.oschina.net/readjava/blog/282882
http://hyxw5890.iteye.com/blog/1578597

以上xmind图源文件以及该系列相关文件都将同步至github，敬请关注