Java 经常使用数据结构对象的实现原理 集合类 List Set Map 哪些线程安全 (美团面试题目) HashMap、HashTable、ConcurrentHashMap、HashSet区别 线程

Java中的集合包括三大类，它们是Set、List和Map，

它们都处于java.util包中，Set、List和Map都是接口，它们有各自的实现类。

List、Set都继承自Collection接口，Collection （全部集合类的接口）

• Set（集） 实现类主要有HashSet和TreeSet
• List（列表） 实现类主要有ArrayList,LinkedList,Vector
• Map（映射）实现类主要有HashMap和TreeMap,HashTable

• Collection 和 Map 的区别

  容器内每一个为之所存储的元素个数不一样。Collection类型者，每一个位置只有一个元素。Map类型者，持有 key-value pair，像个小型数据库。

  List,Set都是继承自Collection接口，Map则不是

  (a) Collection
       --List：将以特定次序存储元素。因此取出来的顺序可能和放入顺序不一样。
             --ArrayList / LinkedList / Vector
       --Set ： 不能含有重复的元素
             --HashSet / TreeSet
   (b) Map
       --HashMap
       --HashTable
       --TreeMap 

  总结

• List，Set，Map将持有对象一概视为Object型别。

  Collection、List、Set、Map都是接口，不能实例化。    继承自它们的 ArrayList, Vector, HashTable, HashMap是具象class，这些才可被实例化。
  vector容器确切知道它所持有的对象隶属什么型别。vector不进行边界检查。

  1. 若是涉及到堆栈，队列等操做，应该考虑用List，对于须要快速插入，删除元素，应该使用LinkedList，若是须要快速随机访问元素，应该使用ArrayList。
  2. 若是程序在单线程环境中，或者访问仅仅在一个线程中进行，考虑非同步的类，其效率较高，若是多个线程可能同时操做一个类，应该使用同步的类。
  3. 在除须要排序时使用TreeSet,TreeMap外,都应使用HashSet,HashMap,由于他们 的效率更高。
  4. 要特别注意对哈希表的操做，做为key的对象要正确复写equals和hashCode方法。 
  5. 容器类仅能持有对象引用（指向对象的指针），而不是将对象信息copy一份至数列某位置。一旦将对象置入容器内，便损失了该对象的型别信息。
  6. 尽可能返回接口而非实际的类型，如返回List而非ArrayList，这样若是之后须要将ArrayList换成LinkedList时，客户端代码不用改变。这就是针对抽象编程。 
• 7. set中不容许有重复的元素存在

• 8. map的 key 集合和 set集合都不容许有重复的元素存在，list能够有重复的元素存在 

  注意：
  一、Collection没有get()方法来取得某个元素。只能经过iterator()遍历元素。
  二、Set和Collection拥有如出一辙的接口。
  三、List，能够经过get()方法来一次取出一个元素。使用数字来选择一堆对象中的一个，get(0)...。(add/get)
  四、通常使用ArrayList。用LinkedList构造堆栈stack、队列queue。
  五、Map用 put(k,v) / get(k)，还可使用containsKey()/containsValue()来检查其中是否含有某个key/value。
        HashMap会利用对象的hashCode来快速找到key。
  六、Map中元素，能够将key序列、value序列单独抽取出来。

  使用keySet()抽取key序列，将map中的全部keys生成一个Set。

  使用values()抽取value序列，将map中的全部values生成一个Collection。

  为何一个生成Set，一个生成Collection？那是由于，key老是独一无二的，value容许重复。  

    (2)List中的对象按照索引位置排序，能够有重复对象，容许按照对象在集合中的索引位置检索对象，如经过list.get(i)方式来得到List集合中的元素。
    (3)Set中的对象不按特定方式排序，而且没有重复对象。但它的有些实现类能对集合中的对象按特定方式排序，例如TreeSet类，它能够按照默认排序，也能够经过实现             java.util.Comparator<Type>接口来自定义排序方式。　　
    (4) Map中的每个元素包含一个键对象和值对象，它们成对出现。键对象不能重复，值对象能够重复。

关系如图：

 

或者：

Collections （操做集合的工具类）
对于集合类的操做不得不提到工具类Collections，它提供了许多方便的方法，如求两个集合的差集、并集、拷贝、排序等等。
因为大部分的集合接口实现类都是不一样步的，可使用Collections.synchronized*方法建立同步的集合类对象。
如建立一个同步的List：
List synList = Collections.synchronizedList(new ArrayList());
其实现原理就是从新封装new出来的对象，操做对象时用关键字synchronized同步。看源码很容易理解。
Collections部分源码： 

static class SynchronizedCollection<e> implements Collection<e>, Serializable {
 
        final Collection<e> c;  // Backing Collection
        final Object mutex;     // Object on which to synchronize
 
        SynchronizedCollection(Collection<e> c) {
            if (c==null)
                throw new NullPointerException();
            this.c = c;
            mutex = this;
        }
        //...
        public boolean add(E e) {
            //操做集合时简单调用本来的ArrayList对象，只是作了同步
            synchronized (mutex) {return c.add(e);}
        }
        //...

 

List（列表）

ArrayList、Vector是线性表，使用Object数组做为容器去存储数据的，添加了不少方法维护这个数组，使其容量能够动态增加，极大地提高了开发效率。它们明显的区别是ArrayList是非同步的，Vector是同步的。不用考虑多线程时应使用ArrayList来提高效率。

LinkedList是链表，略懂数据结构就知道其实现原理了。链表随机位置插入、删除数据时比线性表快，遍历比线性表慢。 

由此可根据实际状况来选择使用ArrayList（非同步、非频繁删除时选择）、Vector（需同步时选择）、LinkedList（频繁在任意位置插入、删除时选择）。

Map（存储键值对，key惟一）

HashMap结构的实现原理是将put进来的key-value封装成一个Entry对象存储到一个Entry数组中，位置（数组下标）由key的哈希值与数组长度计算而来。若是数组当前下标已有值，则将数组当前下标的值指向新添加的Entry对象。

public class HashMap<k,v> extends AbstractMap<k,v> implements Map<k,v>, Cloneable, Serializable
{
    transient Entry<k,v>[] table;
    public V put(K key, V value) {
        if (key == null)
            return putForNullKey(value);
        int hash = hash(key);
        int i = indexFor(hash, table.length);
        //遍历当前下标的Entry对象链，若是key已存在则替换
        for (Entry<k,v> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
        Object k;
        if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
            V oldValue = e.value;
            e.value = value;
            e.recordAccess(this);
            return oldValue;
        }
    }
       addEntry(hash, key, value, i);
        return null;
    }
}
static class Entry<k,v> implements Map.Entry<k,v> {
    final K key;
    V value;
    Entry<k,v> next;
    int hash;
}

TreeMap是由Entry对象为节点组成的一颗红黑树，put到TreeMap的数据默认按key的天然顺序排序，new TreeMap时传入Comparator自定义排序。红黑树网上不少资料，我讲不清，这里就不介绍了。

Set（保证容器内元素惟一性）

之因此先讲Map是由于Set结构其实就是维护一个Map来存储数据的，利用Map结构key值惟一性。 
HashSet部分源码：

public class HashSet<e>
extends AbstractSet<e>
implements Set<e>, Cloneable, java.io.Serializable
{    

    //无心义对象来做为Map的value 
    private static final Object PRESENT = new Object();
    public boolean add(E e) {
        return map.put(e, PRESENT)==null;
    }
}

 

线程安全类

在集合框架中，有些类是线程安全的，这些都是jdk1.1中的出现的。在jdk1.2以后，就出现许许多多非线程安全的类。 下面是这些线程安全的同步的类：

vector：就比arraylist多了个同步化机制（线程安全），由于效率较低，如今已经不太建议使用。在web应用中，特别是前台页面，每每效率（页面响应速度）是优先考虑的。

statck：堆栈类，先进后出

hashtable：就比hashmap多了个线程安全

enumeration：枚举，至关于迭代器

除了这些以外，其余的都是非线程安全的类和接口。

线程安全的类其方法是同步的，每次只能一个访问。是重量级对象，效率较低。  

HashMap和HashTable的区别

具体的区别请参考：HashMap、HashTable、ConcurrentHashMap、HashSet区别 线程安全类

  StringBuffer是线程安全，而StringBuilder是线程不安全的。对于安全与不安全没有深刻的理解状况下，易形成这样的错觉，若是对于StringBuffer的操做均是线程安全的，然而，Java给你的保证的线程安全，是说它的方法是执行是排它的，而不是对这个对象自己的屡次调用状况下，仍是安全的。看看下边的例子，在StringBufferTest中有一个数据成员contents它是用来扩展的，它的每一次append是线程安全的，但众屡次append的组合并非线程安全的，这个输出结果不是太可控的，但若是对于log和getContest方法加关键字synchronized，那么结果就会变得很是条理，若是换成StringBuider甚至是append到一半，它也会让位于其它在此基础上操做的线程： 

参考：Java基础之经常使用数据结构及原理分析