java 集合hashmap hashset arraylist 詳解以及常見面試題

   今天復習了一下自認為java 中很重要的一部分集合，這篇文章主要從底層源碼進行分析這幾種集合的區別與聯系，他們的用法不多講，用法不難；大多數東西我也是從各位大神的博客上或者書上扒下來的，小菜鳥在復習，寫下來主要是一：是為了想留下點東西 二：我發現在寫的過程中我可以學到很多東西；

關於java 集合的內容之前在阿里電面的時候問到的我第二個問題就是關於HashTable 線程安全的問題，問題不難但是深度問起來還是挺難回答的。接下來我根據我自己復習的情況簡單寫一篇文章供大家學習，希望多多指教；

    這是一張Java集合的總框架圖很清晰明了  圖片來源（http://blog.sina.com.cn/s/blog_51721d970100a37a.html）

 迭代器：

  　　 在講集合之前我又不得不先看一眼迭代器   collection 和map  都屬於迭代器模式的的一種；

  　　 迭代器（iterator）模式    ：迭代器（Iterator）模式，又叫做游標（Cursor）模式。GOF給出的定義為：提供一種方法訪問一個容器（container）對象中各個元素，而　　　又不需暴露該對象的內部細節

  在講集合之前我又不得不先看一眼迭代器   collection 和map  都屬於迭代器的一種；

我先根據我自己的理解給大家簡單的講解一下    下邊橙色的是實現類 也是我們最常使用的一種；草綠色的是抽象類上邊藍色的是接口；

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一：先講map， Map沒有繼承Collection接口，Map提供key到value的映射。一個Map中不能包含相同的key，每個key只能映射一個value。Map的內容可以被當作一組key集合，一組value集合，或者一組key-value映射。  

 

       面試中常問的問題是HashMap 和HashTable 的區別與聯系    在講他們之前   HashCode 需要簡單的了解一下   hashCode方法，這個方法我們平時通常是用不到的，它是為哈希家族的集合類框架(HashMap、HashSet、HashTable)提供服務，hashCode 的常規協定是：

      關於HashMap和HashTable  是面試中常問的java  經典問題；

      HashMap 幾乎等同於HashTable  但是因為HashTable  使用同步鎖   所以線程安全；   判斷值得存在性如圖1.1

　　HashMap: 1.線程不安全(因為沒有使用同步鎖（synchronized）)，

 　　　　　　　2.允許value  為null  ,

　　　　　　　 3.HashMap  底層是通過Entry[]  每次新建一個HashMap 就相當於新建一個Entry[]；圖1.2實現原理圖

                     4.調用put方法是首先通過獲取  key的Hashcode 來保證key 的唯一性

　　　　　　　 5.get,put 方法都通過數組鏈表指針移動等方式 利用hashcode   實現；不詳細講   

  HashTable:線程安全（使用synchronized），不允許value  為 null;    其他的和HashMap  類似不多講；

 

   

 

 

          

     

                 圖1.1                                                                    圖1.2

 

 

 

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二 ：關於colletion Collection是最基本的集合接口，一個Collection代表一組Object，即Collection的元素（Elements）。一些Collection允許相同的元素而另一些不行。一些能排序而另一些不行。Java SDK不提供直接繼承自Collection的類，Java SDK提供的類都是繼承自Collection的“子接口”如List和Set。

    List  and  set  ：

　　 1、List,Set都是繼承自Collection接口

　　 2、List特點：元素有放入順序，元素可重復 ，

 　　　  Set特點：元素無放入順序，元素不可重復（注意：元素雖然無放入順序，但是元素在set中的位置是有該元素的HashCode決　　　　定的，其位置其實是固定的）

　　 3、List接口有三個實現類：LinkedList，ArrayList，Vector ，Set接口有兩個實現類：HashSet(底層由HashMap實現)，LinkedHashSet

   List:

 

      1. vector 是同步的所以線程安全  提供的方法和arraylist 類似不多講

      2.關於ArrayList 和 Linkist 類（自認為是重點 ）   多講一點  線程不安全

        ArrayList 優點：  提供了可增長數組的實現；對查詢的調用花費常數的時間；

　　　　　　　 缺點：新項的插入和現有項的刪除耗費時間較長  線程不安全

        而Linklist 與Array List 正好相反   它不容易做索引所以對於查詢  耗費相對多一些但是對於add and  remove  方法開銷缺很小；總而言之各有優缺點；（面試常　　　　問）

        其導致的原因就是   arraylist 底層用數組的形式實現的list  而 LinkList 底層用底層用雙向循環鏈表 實現的List

 

    接下來就是set 方法了；

   set:

       HashSet  =>  1.hashset 底層是用hashmap  實現的（圖 1—1 ） 

 　　　　　　　　　 2.hashset 的add方法實際上是將需要添加的對象看做底層維護的map的key值儲存的，而map  的value值都是同一個值；（圖 1—2）

　　　　　　　　　　  (講到這大家應該明白為什么hashset中不能儲存相同的值了，因為map中鍵值對的形式，鍵值不能相同，所以。。。。)

                           3.hashset的remove和clear實際上都是調用了map  的方法；更加充分說明了hashset底層以hashmap  為基礎；（圖 1—3）

                       圖 1—1                                               圖1—2                                                                      圖1-3

 

 

 

 

 

 

     

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 下面是關於集合的幾種常見面試題  題目來自於百度經驗

 

1. 集合類特性(幾個常用類的區別)

    

   ArrayList: 元素單個，效率高，多用於查詢  Vector: 元素單個，線程安全，多用於查詢  LinkedList: 元素單個，多用於插入和刪除  HashMap: 元素成對，元素可為空  HashTable: 元素成對，線程安全，元素不可為空

   WeakHashMap: 是一種改進的HashMap，它對key實行“弱引用”，如果一個key不再被外部所引用，那么該key可以被GC回收

2. Iterator 是什么

   一些集合類提供了內容遍歷的功能，通過java.util.Iterator接口。這些接口允許遍歷對象的集合。依次操作每個元素對象。當使用Iterators時，在獲得Iterator的時候包含一個集合快照。通常在遍歷一個Iterator的時候不建議修改集合本省。

    

   Iterator與ListIterator有什么區別

    

   1. Iterator可用來遍歷Set和List集合，但是ListIterator只能用來遍歷List。  

   2. Iterator只能正向遍歷集合，適用於獲取移除元素。ListIerator繼承Iterator,可以雙向列表的遍歷，同樣支持元素的修改。比如：增加元素，替換元素，獲取前一個和后一個元素的索引，等等。

3. Collection 和 Collections的區別

    

   Collection是集合類的上級接口,繼承與他的接口主要有Set 和List.

   Collections是針對集合類的一個幫助類,他提供一系列靜態方法實現對各種集合的搜索、排序、線程安全化等操作

   List、Map、Set三個接口，存取元素時，各有什么特點

    

   List  以特定次序來持有元素，可有重復元素；

   Set  無法擁有重復元素,內部排序（無序）；

   Map 保存key-value值，value可多值。

    

   

4. HashMap和Hashtable的區別

   都屬於Map接口的類，實現了將惟一鍵映射到特定的值上。   

   一.歷史原因:

   Hashtable是基於陳舊的Dictionary類的，HashMap是Java 1.2引進的Map接口的一個實現  

   二.同步性:

   Hashtable是線程安全的，也就是說是同步的，而HashMap是線程序不安全的，不是同步的  

   三.值：

    HashMap 類沒有分類或者排序。它允許一個 null 鍵和多個 null 值。 

    Hashtable 類似於 HashMap，但是不允許 null 鍵和 null 值。

   四.效率：

   Hashtable 比 HashMap 慢，因為它是同步的。

    

   怎樣使HashMap同步

    

   HashMap可以通過Map m = Collections.synchronizedMap（hashMap）來達到同步的效果。

5. ArrayList和Vector的區別

    

   ArrayList與Vector主要從二方面來說.  

   一.同步性:

      Vector是線程安全的，也就是說是同步的，而ArrayList是線程序不安全的，不是同步的。

   二.操作:

       由於Vector支持多線程操作，所以在性能上就比不上ArrayList了。

   三.數據增長:

          ArrayList和Vector都有一個初始的容量大小，當存儲進去它們里面的元素個數超出容量的時候，就需要增加ArrayList和Vector的存儲空間，每次增加存儲空間的時候不是只增加一個存儲單元，是增加多個存儲單元。

          Vector默認增加原來的一倍，ArrayList默認增加原來的0.5倍。

          Vector可以由我們自己來設置增長的大小，ArrayList沒有提供相關的方法。

   LinkedList與ArrayList有什么區別

    

   兩者都實現的是List接口，不同之處在於：

   （1）、ArrayList是基於動態數組實現的，LinkedList是基於鏈表的數據結構。

   （2）、get訪問List內部任意元素時，ArrayList的性能要比LinkedList性能好。LinkedList中的get方法是要按照順序從列表的一端開始檢查，直到另一端

   （3）、對於新增和刪除操作LinkedList要強於ArrayList，因為ArrayList要移動數據

   附加：

          LinkedList實現了List接口，允許null元素。此外LinkedList提供額外的get，remove，insert方法在LinkedList的首部或尾部。這些操作使LinkedList可被用作堆棧（stack），隊列（queue）或雙向隊列（deque）。

          注意LinkedList沒有同步方法。如果多個線程同時訪問一個List，則必須自己實現訪問同步。一種解決方法是在創建List時構造一個同步的List：

   List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(…));

6. 數組(Array)和列表集合(ArrayList)有什么區別

   下面列出了Array和ArrayList的不同點： 

           Array可以包含基本類型和對象類型，ArrayList只能包含對象類型。

           Array大小是固定的，ArrayList的大小是動態變化的。 

           ArrayList提供了更多的方法和特性，比如：addAll()，removeAll()，iterator()  等等。

          對於基本類型數據，集合使用自動裝箱來減少編碼工作量。但是，當處理固定大小的基本數據類型的時候，這種方式相對比較慢。

   Enumeration接口和Iterator接口的區別有哪些

    

          Enumeration速度是Iterator的2倍，同時占用更少的內存。但是，Iterator遠遠比Enumeration安全，因為其他線程不能夠修改正在被iterator遍歷的集合里面的對象。同時，Iterator允許調用者刪除底層集合里面的元素，這對Enumeration來說是不可能的。

7. HashSet和TreeSet有什么區別 

    

   HashSet有以下特點：

   A. 無序（不能保證元素的排列順序，順序有可能發生變化）B. 不同步C. 允許空值（集合元素可以是null,可以放入多個null，但會自動覆蓋）

   當向HashSet結合中存入一個元素時，HashSet會調用該對象的hashCode()方法來得到該對象的hashCode值，然后根據 hashCode值來決定該對象在HashSet中存儲位置。簡單的說，HashSet集合判斷兩個元素相等的標准是兩個對象通過equals方法比較相等，並且兩個對象的hashCode()方法返回值相 等注意，如果要把一個對象放入HashSet中，重寫該對象對應類的equals方法，也應該重寫其hashCode()方法。其規則是如果兩個對象通過equals方法比較返回true時，其hashCode也應該相同。另外，對象中用作equals比較標准的屬性，都應該用來計算 hashCode的值。

    

   TreeSet有以下特點：

   A. 有序

         1. TreeSet是由一個樹形的結構來實現的（數據結構是二叉樹），它里面元            素是有序的

         2.TreeSet是SortedSet接口的唯一實現類，TreeSet可以確保集合元素處於           排序狀 態，支持兩種排序方式，自然排序和定制排序。其中自然排序為             默認的排序方式；定制排序，TreeSet中的對象元素需要實Comparable             接口

       TreeSet類中跟HashSet類一樣也沒有get()方法來獲取列表中的元素，所以      也只能通過迭代器方法來獲取

       二叉樹：

             

   B. 不允許空值

    

         1. HashSet是通過HashMap實現的,TreeSet是通過TreeMap實現的,只不過            Set用的只是Map的key

         2. Map的key和Set都有一個共同的特性就是集合的唯一性.TreeMap更是              多 了一個有序性.

         3. TreeSet類中跟HashSet類一樣也沒有get()方法來獲取列表中的元素，所            以也只能通過迭代器方法來獲取

         4. HashSet是基於hash算法實現的，性能優於TreeSet，通常使用                        HashSet。在我們需要對其中元素排序的時候才使用TreeSet。

   

8. HashMap，LinkedMap，TreeMap的區別

    

   HashMap,LinkedHashMap,TreeMap都屬於Map。

   LinkedHashMap是HashMap的子類。

   Map 主要用於存儲鍵(key)值(value)對，根據鍵得到值，因此鍵不允許鍵重復,但允許值重復

    

   1.HashMap的內部結構是一個數組，線性順序存儲，二次結構使用線性的單鏈表。使用key的hashCode做二次hash之后，再截取小於數組長度的值為索引值。key可以為null，存在索引為0的位置上。由於使用了數組，所以有一個負載因子loadFactor的概念（臨界閾值threshold）和resize。resize比較耗時，沖突時鏈式遍歷查找也比較耗時，所以選定一個合適的初始容易比較重要。存取性能都較高。迭代遍歷時一維使用數組，二維使用鏈表。

             HashMap            是一個最常用的Map,它根據鍵的HashCode 值存儲數據,根據鍵可以直              接獲取它的值，具有很快的訪問速度。HashMap最多只允許一條記錄的            鍵為Null;允許多條記錄的值為 Null;HashMap不支持線程的同步，即任             一 時刻可以有多個線程同時寫HashMap;可能會導致數據的不一致。如             果需要同步，可以用 Collections的synchronizedMap方法使HashMap           具有同步的能力。

   2.LinkedHashMap是HashMap的子類。內部結構是一個數組，線性順序存儲，二次結構使用線性的單鏈表，但同時內部維護了一個雙向循環鏈表,可以保持順序。access-order=false默認為使用新增存儲順序，access-order=true則指定使用讀取和訪問順序。removeEldestEntry=false（當指定為true時，就是實現LRU算法的緩存容器，當然要指定淘汰時的使用頻率和容量上限，其實是一個最近最少使用-->最近使用access-order=true/最新存儲access-order=false）。存取性能較HashMap差－些，但相差不大。header.after為尾方向，header.before為首方向。迭代遍歷時entrySet().iterator()跟HashMap一樣(有點困惑，為什么不按線性順序進行迭代，只能重寫entrySet(),keySet()和values()方法)。適用於有緩存設計需求的情況（需繼承）。 3.TreeMap的內部結構是一棵紅黑樹（又叫排序數，是二叉樹的一種），使用鏈式存儲，可以指定比較器Comparator，key需實現Comparable接口。key不能為null。存結點性能稍差，因為需要調整樹結構；取結點用的是鏈表遍歷，但是屬於有序比較，性能中等。迭代遍歷時用的樹的中序遍歷，是一個有序序列。適用於有排序需求的情況。

    

    

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   下面是我測試用的簡單的代碼  發給大家吧：

    /*ArrayList */
       public static void Array (){
           ArrayList<String> arrayList = new ArrayList();
           /*arrlist 添加的方法 */
           arrayList.add("你好");
           arrayList.add("我好");
           arrayList.add("他好");
           arrayList.add("大家好");
           arrayList.add("真的好");
           //查詢size
           int size = arrayList.size();
           //查詢特定的元素是否存在
           boolean has = arrayList.contains("a");
           //是否為空
           boolean isEmpty = arrayList.isEmpty();
           //根據下標刪除特定的元素
           arrayList.remove(1);
           //根據內容刪除特定元素
           arrayList.remove("a");
           //刪除全部元素
           arrayList.removeAll(arrayList);
       }
       public static void Link (){
           LinkedList<String> linkedList = new LinkedList();
           /*linklist 添加的方法 */
           linkedList.add("你好");
           linkedList.add("我好");
           linkedList.add("他好");
           linkedList.add("大家好");
           linkedList.add("真的好");
           //查詢size
           int size = linkedList.size();
           //查詢特定的元素是否存在
           boolean has = linkedList.contains("a");
           //是否為空
           boolean isEmpty = linkedList.isEmpty();
           //根據下標刪除特定的元素
           linkedList.remove(1);
           //根據內容刪除特定元素
           linkedList.remove("a");
           //刪除全部元素
           linkedList.removeAll(linkedList);
   
           /*  這是比arraylist 多提供的一些方法  不多解釋一看就懂*/
           linkedList.getFirst();
           linkedList.getLast();
           linkedList.removeFirst();
           linkedList.removeLast();
       }
      /*Treeset  以及利用構造器進行數據排序*/
   
      public static  void tree(){
   
          TreeSet  treeSet = new TreeSet();
          treeSet.add("A");
          treeSet.add("B");
          treeSet.add("D");
          treeSet.add("C");
   
          for(Iterator iterator= treeSet.iterator();iterator.hasNext();){
   
              System.out.println((String)iterator.next());
          }
      }
   
      /*HashSet */
       public static  void hash(){
   
           HashSet hashSet = new HashSet();
           hashSet.add("A");
           hashSet.add("B");
           hashSet.add("D");
           hashSet.add("C");
   
           /*利用迭代器的方法   排序輸出*/
           for(Iterator iterator= hashSet.iterator();iterator.hasNext();){
               System.out.println((String)iterator.next());
           }
       }
   
       /*Hash Map  */
   
       public static  void hashmap(){
   
           HashMap hashMap = new HashMap();
           hashMap.put("a","A");
           hashMap.put("b","A");
           hashMap.put("c","A");
           hashMap.put("d","A");
           hashMap.put("e",null);
           /*判斷某個值得存在性*/
           hashMap.containsKey("a");
           hashMap.containsValue("A");
   
           System.out.println(hashMap.get("e"));
       }
       /*HashTable*/
       public static  void hashtable(){
   
           Hashtable hashtable = new Hashtable();
           hashtable.put("a","A");
           hashtable.put("b","A");
           hashtable.put("c","A");
           hashtable.put("d","A");
           /*判斷某個值得存在性    */
           hashtable.containsKey("a");
           hashtable.containsValue("A");
           hashtable.contains("b");
   
           System.out.println(hashtable.get("e"));
   
   
       }
   
      public static void main(String[] atgs){
          tree();
          hashmap();
          hashtable();
      }