基础篇：Java集合，面试专用

没啥好说的，在座的各位都是靓仔

List 数组 Vector 向量 Stack 栈 Map 映射字典 Set 集合 Queue 队列 Deque 双向队列

一般队列的通用方法

操作方法 抛出异常 阻塞线程 返回特殊值 超时退出

插入元素	add(e)	put(e)	offer(e)	offer(e, timeout, unit)
移除元素	remove()	take()	poll()	pull(timeout, unit)
检查	element()	peek()	无	无

1.List 数组

元素按进入先后有序保存，可重复 List有两种底层实现，一种是数组，一种是链表，而链表的实现继承了 Collection。数组和集合的区别： 数组大小是固定，集合是可变的 数组的元素可以基本类型也可以是引用类型，而集合只能是引用类型

ArrayList

ArrayList底层是使用一个可动态扩容的数组，与普通数组的区别就是它是没有固定大小的限制，可以添加或删除元素 它的特点就是读速度、更新快，增删慢;内存相邻，根据Index读取的时间复杂度是O(1);可以存储重复元素，但线程不安全 ArrayList 的扩容机制 //ArrayListopenJDK13 privatevoid add (Ee,Object[]elementData, int s){ if(s==elementData.length)//放不下了 elementData=grow();//扩容 elementData[s]=e; size =s+1; } privateObject[]grow(){ return grow( size +1); } privateObject[]grow( int minCapacity){ int oldCapacity=elementData.length; if(oldCapacity>0||elementData!=DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA){ int newCapacity=ArraysSupport.newLength(oldCapacity, minCapacity-oldCapacity,//minCapacity-oldCapacity==1 oldCapacity>>1);//oldCapacity==1/2oldCapacity return elementData=Arrays.copyOf(elementData,newCapacity); } else { return elementData=newObject[Math. max (DEFAULT_CAPACITY,minCapacity)]; } } 如果当前元素放不下，则扩容至 1.5 倍，且大于等于 1 //ArraysSupport.newLength public static int newLength( int oldLength, int minGrowth, int prefGrowth){ //prefGrowth是oldLength的1/2，minGrowth是1。因此newLength=1.5oldLength int newLength=Math. max (minGrowth,prefGrowth)+oldLength; if(newLength-MAX_ARRAY_LENGTH<=0){//MAX_ARRAY_LENGTH= Integer .MAX_VALUE-8 return newLength; } return hugeLength(oldLength,minGrowth); }

LinkedList

LinkedList的节点并不是存储真实的数据，而是存下数据的引用对象，而且节点之间使用引用相关联 LinkedList实现了Queue、Deque接口，可作为队列使用;查找慢，增删快，可以存储重复元素，但线程不安全 使用 LinkedList 实现LRU public static classLRU { //默认的缓存大小 private int CAPACITY=0; //引用一个双向链接表 privateLinkedList list; //构造函数 public LRU( int capacity){ this.CAPACITY=capacity; list=newLinkedList(); } //添加一个元素 public synchronizedvoidput(Tobject){ if(list!= null &&list. contains (object)){ list.remove(object); } removeLeastVisitElement(); list.addFirst(object); } //移除最近访问次数最少的元素 privatevoidremoveLeastVisitElement(){ int size =list. size (); //注意，这儿必须得是CAPACITY-1否则所获的 size 比原来大1 if( size >(CAPACITY-1)){ Objectobject=list.removeLast(); } } //获取第N个索引下面的元素 public Tget( int index ){ return list.get( index ); } } LinkedList 的 API public EgetFirst()//获取第一个元素 public EgetLast()//获取最后一个元素 public EremoveFirst()//移除第一个元素，并返回 public EremoveLast()//移除最后一个元素，并返回 public voidaddFirst(Ee)//加入头部 public voidaddLast(Ee)//加入尾部 public void add (Ee)//加入尾部 public boolean contains (Objecto)//是否包含元素o public Epeek()//获取头部第一个元素 public Eelement()//获取头部第一个元素,不存在则报错 public Epoll()//获取头部第一个元素，并移除 public booleanoffer(Ee)//调用 add (Ee) public booleanofferFirst(Ee)//调用addFirst public booleanofferLast(Ee)//调用addLast public voidpush(Ee)//在头部压入一个元素 public Epop()//弹出第一个元素，并移除。不存在则报错 ArrayList 和 LinkedList 使用场景 频繁访问列表中的某一个元素，或者需要在列表末尾进行添加和删除元素操作，用ArrayList 频繁的在列表开头、中间、末尾等位置进行添加和删除元素操作，用LinkedList

Iterator 和 fast-fail、fail-safe机制

Java Iterator(迭代器)不是一个集合，它是一种用于访问集合的方法，可用于迭代 List 和 Set 等集合，主要有hashNext()，next()，remove()三种方法 fail-fast 是Java集合(Collection)的一种错误机制。当多个线程对同一个集合进行修改结构操作，使用集合的迭代器iterator，会首先检测是否有对集合的并发修改，进而产生ConcurrentModificationException 异常提示 fail-safe：保证在对任何集合结构的修改操作都基于 《复制-修改》 进行的，即先copy一个新的集合对象，然后对新的集合对象进行修改，最后将新的集合对象替换掉老的集合对象(老的集合对象的地址指向新的集合对象)。java.util.concurrent包下采用的是fail-safe机制。 缺点1-对集合的复制copy会产生大量的对象，造成内存空间的浪费。 缺点2-无法保证集合迭代过程中获取的集合数据是最新的内容

CopyOnWriteArrayList

CopyOnWriteArrayList 的线程安全：CopyOnWriteArrayList 在写的时候会加锁，为了保证写安全，会在写操作时复制一个新数组来操作，然后覆盖旧的数组;不会影响读的性能 public classCopyOnWriteArrayList implementsList ,RandomAccess,Cloneable,java.io. Serializable { //可重入锁 finaltransientReentrantLocklock=newReentrantLock(); //数组，仅通过get和 set 方法操作 privatetransientvolatileObject[]array; .... public boolean add (Ee){ finalReentrantLocklock=this.lock; lock.lock(); try{ Object[]elements=getArray();//拿到当前数组 int len=elements.length;//获得长度 //拷贝当前数组 Object[]newElements=Arrays.copyOf(elements,len+1); newElements[len]=e; setArray(newElements);//调用 set 方法将新数组设置为当前数组 return true ; }finally{ lock.unlock();//解锁 } } CopyOnWriteArrayList 的缺点 CopyOnWrite 在进行写操作的时候，内存里会同时驻扎两个对象的内存，导致内存的浪费 CopyOnWrite 容器只能保证数据的最终一致性，不能保证数据的实时一致性。如果你希望写入的的数据，马上能读到，请不要使用CopyOnWrite容器，没有阻塞等待的概念 CopyOnWriteArrayList 和 Collections.synchronizedList 区别 CopyOnWriteArrayList 的写操作性能较差，而多线程的读操作性能较好 Collections.synchronizedList的写操作性能比CopyOnWriteArrayList在多线程操作的情况下要好很多，而读操作因为是采用了 synchronized关键字的方式，其读操作性能并不如CopyOnWriteArrayList

线程安全的List

A:使用 Vector;B:使用 Collections.synchronized() 返回线程安全的 List;C:使用 CopyOnWriteArrayList

List的API示例

boolean contains (Objecto)//是否包含o booleanisEmpty();//是否为空 int size ();//集合元素 Iterator iterator();//返回迭代器 Object[]toArray();//转为Object数组 T[]toArray(T[]a);//转为具体类型数组 boolean add (Ee);//加入尾部 booleanremove(Objecto);//移除o booleancontainsAll(Collection c);//是否报考集合c booleanaddAll(Collection c);//合并c booleanretainAll(Collection c);//保留只存在集合c的元素 voidclear();//清除集合元素 voidsort(Comparator c)//根据Comparator排序 Eget( int index );//根据下标获取元素 E set ( int index ,Eelement);//设置第 index 的元素 Eremove( int index );//移除第 index 的元素 List of (Ee1.....)//jdk9 List copyOf(Collection coll)//复制

2.Vector(向量)

ArrayList 和 Vector、LinkedList 的区别

Vector 相当于是 ArrayList 线程安全的翻版 Vector 继承实现List 特点: 底层数据结构是数组，查询快，线程安全

Vector 的API示例

booleansynchronized contains (Objecto); booleansynchronizedisEmpty(); booleansynchronizedcontainsAll(Collection c); booleanaddAll(Collection c); public synchronizedboolean add (Ee) public synchronizedEget( int index ); public synchronizedE set ( int index ,Eelement); public synchronizedEfirstElement() public synchronizedvoidremoveElementAt( int index ) public synchronizedElastElement() public synchronizedvoidsetElementAt(Eobj, int index ) public synchronizedEremove( int index ) public voidclear() Iterator iterator();

3.Stack(栈)

Stack 是 Vector提供的一个子类，用于模拟"栈"这种数据结构(LIFO后进先出) 线程安全，允许 null 值

Stack 的API示例

public Epush(Eitem)//推入栈顶 public synchronizedEpop()//弹出栈顶元素，不存在则报错 public synchronizedEpeek()//获取栈顶元素，不移除 public booleanempty()//栈是否为空 public synchronized int search(Objecto)//搜索元素

4.Map

Map 用于保存具有映射关系的数据，Map里保存着两种映射的数据：key和value，它们都可以使任何引用类型的数据，但key不能重复。所以通过指定的key就可以取出对应的value 请注意!!!Map 没有继承 Collection 接口

TreeMap(1.8JDK)

继承 AbstractMap，TreeMap 是基于红黑树实现，可保证在log(n)时间复杂度内完成 containsKey，get，put 和 remove 操作，效率很高。(红黑树的原理这里不展开讲，后面会专门写一篇) 另一方面，由于 TreeMap 基于红黑树实现，因此 TreeMap 的键是有序的

HashMap

HashMap 继承AbstractMap类实现了Map，是一个散列表，它存储的内容是键值对(key-value)映射。HashMap 实现了 Map 接口，根据键的 HashCode 值存储数据，具有很快的访问速度，最多允许一条记录的键为 null，不支持线程同步。HashMap 是无序的，即不会记录插入的顺序 HashMap如何处理hash冲突，hash冲突的几种解决方法 链地址法-如果存在 hash 碰撞，则创建一链表存储相同的元素 开放定址法容易导致 hash 碰撞，查询慢 线性探查在散列的时候，如果当前计算出的位置已经被存储，那么就顺序的向后查找，知道找到空位置或则是所有位置均不为空失败 二次探查使用一个辅助散列函数，使得后续的探查位置在前一个探查位置上加上一个偏移量，该偏移量以二次方的形式依赖于探查号i。二次探查的散列函数形式为：h(k,i)=(h'(k,i)+c1*i + c2 * i^2) mod m 双重散列使用两个辅助散列函数h1和h2，初始的散列位置是h1(k)，后续的散列位置在此基础上增加一个偏移量h2(k)*i mod m 开放定址法 链地址法 HashMap 底层实现是数组+链表+红黑树。空参的HashMap初始容量是16，默认加载因子为0.75。取值0.75是因为 0.5 容易浪费空间，取值 1 则需要填满每一个桶，实际情况很难达到，会产生大量的哈希碰撞。因此取中间值 HashMap 的容量一般是 2 的幂次方，可直接使用[位与]计算 hash 值，相对取模计算 hash 快

Hashtable

继承于Dictionary，现在基本已被淘汰 HashTable的操作几乎和HashMap一致，主要的区别在于HashTable为了实现多线程安全，在几乎所有的方法上都加上了synchronized锁，而加锁的结果就是HashTable操作的效率十分低下 HashMap允许有一个键为null，允许多个值为null;但HashTable不允许键或值为null Hash映射：HashMap的hash算法通过非常规设计，将底层table长度设计为2的幂，使用位与运算代替取模运算，减少运算消耗;而HashTable的hash算法首先使得hash值小于整型数最大值，再通过取模进行散射运算

LinkedHashMap

LinkedHashMap的元素存取过程基本与HashMap基本类似，只是在细节实现上稍有不同。当然，这是由LinkedHashMap本身的特性所决定的，因为它额外维护了一个双向链表用于保持迭代顺序。此外，LinkedHashMap可以很好的支持LRU算法。HashMap和双向链表合二为一即是LinkedHashMap

WeakHashMap

WeakHashMap 也是一个散列表，它存储的内容也是键值对(key-value)映射，而且键和值都可以是 null WeakHashMap的键是[弱键]。在 WeakHashMap 中，当某个 key 不再被强引用使用时，会被从WeakHashMap中被 JVM 自动移除，然后它对应的键值对也会被从WeakHashMap中移除。?JAVA引用类型和ThreadLocal

ConcurrentHashMap(1.8JDK)

ConcurrentHashMap 是 HashMap 的多线程安全版本。它使用了细粒度锁 和 cas 提高了在多线程环境的安全性和高并发 底层数据结构是 数组 + 链表/红黑树(后面专门写一篇介绍)

ConcurrentSkipListMap 了解一波

ConcurrentSkipListMap 则是基于跳跃链表的实现的 map，使用了 cas 技术实现线程安全性，高并发 ConcurrentSkipListMap 相比 ConcurrentHashMap 的优点 ConcurrentSkipListMap 的key是有序的。 ConcurrentSkipListMap 支持更高的并发。ConcurrentSkipListMap的存取时间是log(N)，和线程数几乎无关。也就是说在数据量一定的情况下，并发的线程越多，ConcurrentSkipListMap 越能体现出它的优势

NavigableMap 和 ConcurrentNavigableMap 操作 key 值的范围区间

TreeMap 实现了 NavigableMap 。ConcurrentNavigableMap 高并发线程安全版的 TreeMap NavigableMap 提供了针对给定搜索目标返回最接近匹配项的导航方法。直接看API KlowerKey(K key )//找到第一个比指定的 key 小的值 KfloorKey(K key )//找到第一个比指定的 key 小于或等于的 key KceilingKey(K key )//找到第一个大于或等于指定 key 的值 KhigherKey(K key )//找到第一个大于指定 key 的值 Map.Entry firstEntry()//获取最小值 Map.Entry lastEntry()//获取最大值 Map.Entry pollFirstEntry()//删除最小的元素 Map.Entry pollLastEntry()//删除最大的元素 NavigableMap descendingMap()//返回一个倒序的Map //返回值小于toKey的NavigableMap NavigableMap headMap(KtoKey,booleaninclusive) //返回值大于fromKey的NavigableMap NavigableMap tailMap(KfromKey,booleaninclusive) //返回值小于toKey大于的fromKeyNavigableMap NavigableMap subMap(KfromKey,booleanfromInclusive,KtoKey,booleantoInclusive)

5.Set(集合)

Set特点：元素无放入顺序，元素不可重复，如果加入重复元素，会保留最先加入的对象。存取速度快

Set 的几种实现子类和各自特点

TreeSet：底层数据结构采用二叉树来实现，元素唯一且已经排好序;唯一性同样需要重写 hashCode 和 equals()方法，二叉树结构保证了元素的有序 根据构造方法不同，分为自然排序(无参构造)和比较器排序(有参构造)，自然排序要求元素必须实现Compareable接口，并重写里面的compareTo()方法 HashSet：是哈希表实现的，HashSet中的数据是无序的，可以放入 null，但只能放入一个null，两者中的值都不能重复，就如数据库中唯一约束 HashSet 是基于 HashMap 算法实现的，其性能通常都优于TreeSet 为快速查找而设计的Set，我们通常都会用到HashSet，若需要排序的功能时，才使用TreeSet LinkedHashSet：底层数据结构采用链表和哈希表共同实现，链表保证了元素的顺序与存储顺序一致，哈希表保证了元素的唯一性，效率高。但线程不安全

ConcurrentSkipListSet

基于 ConcurrentSkipListMap 实现

CopyOnWriteArraySet

基于 CopyOnWriteArrayList 实现

BitSet

BitSet是位操作的对象，值只有 0 或 1 即false和true，内部维护了一个long数组，初始只有一个long，所以BitSet最小的size是64，当随着存储的元素越来越多，BitSet内部会动态扩充，最终内部是由N个long来存储 如统计40亿个数据中没有出现的数据，将40亿个不同数据进行排序等。\ 现在有1千万个随机数，随机数的范围在1到1亿之间。现在要求写出一种算法，将1到1亿之间没有在随机数中的数求出来 void and (BitSet set )//两个BitSet做与操作，结果并存入当前BitSet voidandNot(BitSet set )//两个BitSet与非操作 voidflip( int index )//反转某一个指定 index booleanintersects(BitSetbitSet)//是否有交集 int cardinality()//返回 true /1的个数 voidclear()//重置 voidclear( int startIndex, int endIndex)//startIndex~endIndex重置 int nextSetBit( int startIndex)//检索在startIndex之后出现为1的第一位的索引 int nextClearBit( int startIndex)//检索在startIndex之后出现为0的第一位的索引

6.Queue(队列)

Queue的概念 队列是一种特殊的线性表，只允许元素从队列一端入队，而另一端出队(获取元素)，就像我们平时排队结算一样(懂文明讲礼貌不插队)。Queue 的数据结构和 List 一样，可以基于数组，链表实现，队列通常都是一端进(offer)，另一端出(poll)，有序性

PriorityQueue

PriorityQueue是按优先级排序的队列，也就是说 vip 可以插队。优先队列要求使用 Java Comparable 和 Comparator 接口给对象排序，并且在排序时会按照优先级处理其中的元素 PriorityBlockingQueue 是线程安全的PriorityQueue

BlockingQueue

BlockingQueue很好的解决了多线程中，如何高效安全[传输]数据的问题。通过这些高效并且线程安全的队列类，为我们快速搭建高质量的多线程程序带来极大的便利。常用于线程的任务队列

DelayQueue

DelayQueue是一个没有边界BlockingQueue实现，加入元素必须实现Delayed接口。当生产者线程调用put之类的方法加入元素时，会触发 Delayed 接口中的compareTo方法进行排序 消费者线程查看队列头部的元素，注意是查看不是取出。然后调用元素的getDelay方法，如果此方法返回的值小0或者等于0，则消费者线程会从队列中取出此元素，并进行处理。如果getDelay方法返回的值大于0，则消费者线程阻塞到第一元素过期

Queue 的 API

boolean add (Ee);//加入队列尾部 booleanoffer(Ee);//加入队列尾部，并返回结果 Eremove();//移除头部元素 Epoll();//获取头部元素，并移除 Eelement();//获取头部元素，不存在则报错 Epeek();//获取头部元素，不移除

7.Deque(双向队列)

Deque接口代表一个"双端队列"，双端队列可以同时从两端来添加、删除元素，因此Deque的实现类既可以当成队列使用、也可以当成栈使用 Deque 的子类 LinkedList，ArrayDeque，LinkedBlockingDeque

Deque的 API

voidaddFirst(Ee);//加入头部 voidaddLast(Ee);//加入尾部 booleanofferFirst(Ee);//加入头部，并返回结果 booleanofferLast(Ee);//加入尾部，并返回结果 EremoveFirst();//移除第一个元素 EremoveLast();//移除最后一个元素 EgetFirst();//获取第一个元素,不存在则报错 EgetLast();//获取最后一个元素,不存在则报错 EpollFirst();//获取第一个元素,并移除 EpollLast();//获取最后一个元素,并移除 EpeekFirst();//获取第一个元素 EpeekLast();//获取最后一个元素 voidpush(Ee);//加入头部 Epop();//弹出头部元素

参考文章

java集合超详解

原文链接：https://mp.weixin.qq测试数据/s/jybPHvKp4kb300506ius2w

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