集合的整体框架

Java 的集合，也可以叫做容器，根据集合的整体框架可以看出，主要是两大集合接口：第一个是 Collection 接口，主要用来存放单一的元素对象；另一个是 Map 接口，主要用于存储键值对。

Collection 接口有三个子类，List、Set、Queue，下面是抽象类和具体实现类，主要说明具体实现类。常见的有 ArrayList、LinkedList、HsahSet、LinkedHashSet、HsahMap、LinkedHshMap等。

集合接口

接口	描述
Collection 接口	最基本的集合几口，一个Collection 代表了一组 Object，即 Collection 的元素，Java 提供了继承于它的子接口List、Set、Queue。 存储一组不唯一，无序的对象。
List 接口	特点：有序，不唯一。 使用此接口能精确控制每个元素插入的位置，能够通过索引（类似数组的下标）来访问集合中的元素，同样的，起始于元素索引为 0。
Set 接口	特点：无序，唯一。
Queue 接口	队列，按特定的排序规则来确定先后顺序，存放的元素是有序的、可重复的
Map 接口	特点：存放键值对（key-value），key 无序且唯一，value 是无序不唯一的。 算法上常见用来统计数量。

List 和 Set 的区别

特点不同，list 存储的数据有序不唯一，set 存储的数据无序且唯一。

因为索引的存在，list 检索的效率比 set 高，但是 set 的删除和插入的效率高。List 插入元素会改变其他元素的位置。

list 和数组类似，可以动态增长，比如 ArrayList 。

List 接口的实现类

ArrayList

继承并实现了 List 接口，基于动态数组实现，相较于 Array（静态数组） 使用起来更加灵活。

1. ArrayList 动态数组，会根据实际存储的元素动态扩容或缩容，而 Array 被创建之后就不能修改长度，这里涉及到知识点 ArrayList 动态扩容机制。

2. ArrayList 可以使用泛型来确定存储的类型，对于存储的基本数据类型，必须使用对应的包装类（int 的包装类 Integer）来存储。

顺带一提，常见的创建 Arraylist 的方法是

List<Integer> llist = new ArrayList<>();

List 是接口，ArrayList 是具体实现。主要是为了灵活性和可扩展性，这里可以使用List已经定义的方法，不可以使用Arraylist自己的方法，当需要将ArrayList改成其他实现时，只需要将创建集合实例的代码改成想要创建的对象，不用在去修改其他方法代码。

ArrayList 扩容机制

LinkedList

不同于ArrayList，LinkedList 底层是双向链表。根据链表的特性，每个节点不仅保存了每个元素，还保存了下一个元素的引用。支持随机访问，因为提供了get方法，但是并不高效，假设数据量比较大，需要从首个元素开始遍历，然后查看节点对下一个元素的引用是否为需要的元素，一直循环。

Set 的实现类

对比HashSet、LinkedHashSet、TreeSet。最大的区别就是各自的底层实现不同，分别是哈希表(基于HashMap实现)，链表哈希表和红黑树。

Queue

单列队列，遵循队列的先进先出原则，就像排队坐车，先来后到。

Map

HashMap的底层实现

这是一道经典的面试题。在JDK 1.8 以前，HashMap 的底层是数组＋链表，通过 哈希函数激素那元素的哈希值，判断元素存储的位置。如果当前位置已经存在了元素，那么就进行判断是否相同，如果不同，就通过拉链法，在数组的后面加上链表来解决哈希冲突。

在JDK1.8之后，底层在数组和链表的基础上，为了解决因为哈希冲突导致链表深度过高的问题，引入了红黑树解决因为深度高导致的查询效率慢。

链表转红黑树：当链表长度大于8时，并且此时数组的容量不小于64时，会把链表转换为红黑树。

红黑树转链表：相反的，因为删除元素导致红黑树的节点不大于6个时，红黑树会重新转换为链表。

为什么选择8作为转换红黑树的阈值。因为根据测算，哈希冲突导致链表长度达到8的概率非常小，几乎到了百万分之一。

为什么选择6作为红黑树转换为链表的阈值。因为如果选取7为阈值，当出现相同元素频繁插入删除，会导致频繁转换，会影响性能。

红黑树的特征

1. 节点颜色：每个节点的都有颜色，红色和黑色。

2. 根节点：根节点总是黑色的

3. 叶子节点：叶子节点都是空节点（NIL 节点）都是黑色。

4. 红色节点限制：不存在连续两个红的节点，红色节点都被黑色节点隔开

5. 路径的和节点：从任一个节点到其后代叶子节点的路径上，包含相同数目的黑色节点。

二叉查找树在一些极端的情况下会出现深度过高，退化成链表的情况，此时查询效率比较低。

之后又出现了自平衡的查找树，比如 AVL，红黑树等。通过定义一些性质，将任意节点的左右子树的高度差控制在规定范围内，达到平衡状态。

不过普通的平衡二叉树可能出现某个路径深度相较其他路径更高，同样会导致效率降低。

红黑树根据后两个而性质，将每个路径的深度差保证在一定范围内。最长的路径不会超过最短路径的两倍。

线程安全的集合

上述的集合都是线程不安全的。线程安全的集合常见的有 ConcurrentHashMap 和 Hashtable。

二者的区别：

首先是底层结构。ConcurrentHashMap 采用的和 HashMap 一样是 数组+链表（红黑树），Hashtable 使用的是 数组+链表 的形式。链表是为了解决哈希冲突存在的。

实现线程安全的方式 

在 JDK1.7的时候，ConcurrentHashMap 对整个桶组进行了分割分段，然后对每段进行加锁，多线程访问不同数据段的数据。

在 JDK 1.8的时候，ConcurrentHashMap 使用 数组和链表红黑树来实现。并发控制使用 synchronized 和 CAS 算法来操作。

Hashtable 使用 synchronized保证线程安全，效率比较低，多个线程访问同一个方法是可能会出现阻塞。