java集合，ArrayList、LinkedList和Vector，多线程场景下如何使用 ArrayList

news2024/11/17 15:35:39

文章目录

  • Java集合
    • 1.2 流程图关系
    • 1.3 底层实现
    • 1.4 集合与数组的区别
      • 1.4.1 元素类型
      • 1.4.2 元素个数
    • 1.5 集合的好处
    • 1.6 List集合我们以ArrayList集合为例
    • 1.7 迭代器的常用方法
    • 1.8 ArrayList、LinkedList和Vector的区别
      • 1.8.1 说出ArrayList,Vector, LinkedList的存储性能和特性
      • 1.8.2 多线程场景下如何使用 ArrayList？
      • 1.8.3 为什么 ArrayList 的 elementData 加上 transient 修饰？
    • 1.9 Set集合的特点：
      • 1.9.1 说一下 HashSet 的实现原理？
      • 1.9.2 HashSet如何检查重复？HashSet是如何保证数据不可重复的？
    • 1.10 TreeSet对元素进行排序的方式：
    • 1.11 List，Set，Map集合的特点 & 区别
    • 1.12 HashMap和Hashtable的区别
    • 1.3 HashSet 与 HashMap的区别

Java集合

1.2 流程图关系

在这里插入图片描述

1.3 底层实现

ArrayList：底层是数组 ，默认长度为0，调用add以后看情况，不指定长度默认长度为10

ArrayList的扩容机制_arraylist扩容-CSDN博客

LinkedList：底层是链表

Vector：底层是数组

HashSet：底层是哈希表

TreeSet：红黑树

HashMap：数组+链表

Hashtable：数组+链表

LinkedHashMap：数组+链表+红黑树

1.4 集合与数组的区别

1.4.1 元素类型

集合：引用类型（存储基本类型是自动装箱）

数组：基本类型、引用类型

1.4.2 元素个数

集合：不固定、可任意扩展

数组：固定，不能改变容量

1.5 集合的好处

不受容器大小限制，可以随时添加、删除元素，提供了大量操作元素的方法（判断、获取等）

List集合

List集合的特点：

可重复性（可以添加相同的元素）、有序（存取顺序相同）

List的主要方法有：

add、get、remove、set、iterator、contains、addAll、removeAll、indexOf、toArray、clear、isEmpty

1.6 List集合我们以ArrayList集合为例

ArrayList集合

java.util.ArrayList是大小可变的数组的实现，存储在内的数据称为元素。此类提供一些方法来操作内部存储的元素。ArrayList中可以不断添加元素，其大小也自动增长。

java.util.ArrayList集合数据存储的结构是数组结构。元素增删慢，查找快，由于日常开发中使用最多的功能为查询数据、遍历数据，所以ArrayList集合是最常用的集合。

泛型：即泛指任意类型，幼教参数化类型，对具体类型的使用起到辅助作用，类似于方法的参数

1.7 迭代器的常用方法

next()：返回迭代的下一个元素

hasNext()：如果仍有元素可以迭代，则返回true

注意：列表迭代器是List体系独有的遍历方式，可以在对集合遍历的同时进行添加、删除等操作

但是必须通过调用列表迭代器的方法来实现

1.8 ArrayList、LinkedList和Vector的区别

  1. 线程同步，Vector线程安全，ArrayList线程不安全，因为Vector的实现有synchronized锁

  2. 效率问题，Vector效率低，ArrayList效率高

  3. 增长数量，Vector以2倍增长，ArrayList以1.5倍增长

1.8.1 说出ArrayList,Vector, LinkedList的存储性能和特性

(1) ArrayList和Vector使用数组存储元素；LinkedList使用链表存储元素

(2) ArrayList和Vector插入删除数据时，需要搬运数据，效率较差；LinkedList使用链表，不需要搬运数据，效率高。

(3) ArrayList和Vectory查询时，按数组下标查询，不需要遍历，效率高；LinkedList需要遍历，查询效率底。

1.8.2 多线程场景下如何使用 ArrayList？

ArrayList 不是线程安全的，如果遇到多线程场景，可以通过 Collections 的 synchronizedList 方法将其转换成线程安全的容器后再使用。例如像下面这样：

List<String> synchronizedList = Collections.synchronizedList(list);
synchronizedList.add("aaa");
synchronizedList.add("bbb");
for (int i = 0; i < synchronizedList.size(); i++) {
    System.out.println(synchronizedList.get(i));
}

1.8.3 为什么 ArrayList 的 elementData 加上 transient 修饰？

ArrayList 中的数组定义如下：

private transient Object[] elementData;

public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>
     implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

可以看到 ArrayList 实现了 Serializable 接口，这意味着 ArrayList 支持序列化。transient 的作用是说不希望 elementData 数组被序列化，重写了 writeObject 实现：

private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws java.io.IOException{
    *// Write out element count, and any hidden stuff*
        int expectedModCount = modCount;
    s.defaultWriteObject();
    *// Write out array length*
        s.writeInt(elementData.length);
    *// Write out all elements in the proper order.*
        for (int i=0; i<size; i++)
            s.writeObject(elementData[i]);
    if (modCount != expectedModCount) {
        throw new ConcurrentModificationException();
}

每次序列化时，先调用 defaultWriteObject() 方法序列化 ArrayList 中的非 transient 元素，然后遍历 elementData，只序列化已存入的元素，这样既加快了序列化的速度，又减小了序列化之后的文件大小。

1.9 Set集合的特点：

不可重复（元素具有唯一性）、无序（元素的存取顺序是不固定的）

Set的主要方法有：

add、remove、iterator、contains、addAll、removeAll、toArray、clear、isEmpty

HashSet：内部的数据结构是哈希表，是线程不安全的。

HashSet中保证集合中元素是唯一的方法：通过对象的hashCode和equals方法来完成对象唯一性的判断。

如果对象的hashCode值不同，则不用判断equals方法，就直接存到HashSet中。

如果对象的hashCode值相同，需要用equals方法进行比较，如果结果为true，则视为相同元素，不存，如果结果为false，视为不同元素，进行存储。

注意：如果元素要存储到HashCode中，必须覆盖hashCode方法和equals方法。

TreeSet：可以对Set集合中的元素进行排序，是线程不安全的。

**TreeSet:**中判断元素唯一性的方法是：根据比较方法的返回结果是否为0，如果是0，则是相同元素，不存，如果不是0，则是不同元素，存储。

1.9.1 说一下 HashSet 的实现原理？

HashSet 是基于 HashMap 实现的，HashSet的值存放于HashMap的key上，HashMap的value统一为PRESENT，因此 HashSet 的实现比较简单，相关 HashSet 的操作，基本上都是直接调用底层 HashMap 的相关方法来完成，HashSet 不允许重复的值。

1.9.2 HashSet如何检查重复？HashSet是如何保证数据不可重复的？

向HashSet 中add ()元素时，判断元素是否存在的依据，不仅要比较hash值，同时还要结合equles 方法比较。
HashSet 中的add ()方法会使用HashMap 的put()方法。

HashMap 的 key 是唯一的，由源码可以看出 HashSet 添加进去的值就是作为HashMap 的key，并且在HashMap中如果K/V相同时，会用新的V覆盖掉旧的V，然后返回旧的V。所以不会重复（ HashMap 比较key是否相等是先比较hashcode 再比较equals ）。

以下是HashSet 部分源码：

private static final Object PRESENT = new Object();
private transient HashMap<E,Object> map;
public HashSet() {
    map = new HashMap<>();
}
public boolean add(E e) {
    // 调用HashMap的put方法,PRESENT是一个至始至终都相同的虚值
	return map.put(e, PRESENT)==null;
}

1.10 TreeSet对元素进行排序的方式：

元素自身具备比较功能，即自然排序，需要实现Comparable接口，并覆盖其compareTo方法。

元素自身不具备比较功能，则需要实现Comparator接口，并覆盖其compare方法。

注意：LinkedHashSet是一种有序的Set集合，即其元素的存入和输出的顺序是相同的。

1.11 List，Set，Map集合的特点 & 区别

List、Set、Map 是否继承自 Collection 接口？List、Map、Set 三个接口存取元素时，各有什么特点？

Java 容器分为 Collection 和 Map 两大类，Collection集合的子接口有Set、List、Queue三种子接口。我们比较常用的是Set、List，Map接口不是collection的子接口。

Collection集合主要有List和Set两大接口

List：一个有序（元素存入集合的顺序和取出的顺序一致）容器，元素可以重复，可以插入多个null元素，元素都有索引。常用的实现类有 ArrayList、LinkedList 和 Vector。
Set：一个无序（存入和取出顺序有可能不一致）容器，不可以存储重复元素，只允许存入一个null元素，必须保证元素唯一性。Set 接口常用实现类是 HashSet、LinkedHashSet 以及 TreeSet。
Map是一个键值对集合，存储键、值和之间的映射。 Key无序，唯一；value 不要求有序，允许重复。Map没有继承于Collection接口，从Map集合中检索元素时，只要给出键KEY对象，就会返回对应的值对象。

Map 的常用实现类：HashMap、TreeMap、HashTable、LinkedHashMap、ConcurrentHashMap

关系图如下：

在这里插入图片描述

​

1.12 HashMap和Hashtable的区别

  1. 线程同步，Hashtable线程安全，HashMap线程不安全

  2. 效率问题，Hashtable效率低，HashMap效率高

  3. HashMap可以使用null作为key，Hashtable不可以使用null为key

  4. HashMap使用的是新实现，继承AbstractMap，而Hashtable是继承Dictionary类，实现比较老

  5. Hash算法不同，HashMap的hash算法比Hashtable的hash算法效率高

  6. HashMap把Hashtable的contains方法去掉了，改成containsValue和containsKey。因为contains方法容易让人引起误解。

  7. 取值不同，HashMap用的是Iterator接口，而Hashtable中还有使用Enumeration接口

1.3 HashSet 与 HashMap的区别

在这里插入图片描述

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