HashMap、LinkedHashMap、ConcurrentHashMap、ArrayList、LinkedList的底层实现。

news2024/11/28 0:39:45

HashMap、LinkedHashMap、ConcurrentHashMap、ArrayList、LinkedList的底层实现。

HashMap相关问题

1、你用过HashMap吗？什么是HashMap？你为什么用到它？

用过，HashMap是基于哈希表的Map接口的非同步实现，
它允许null键和null值，且HashMap依托于它的数据结构的设计
，存储效率特别高，这是我用它的原因

2、你知道HashMap的工作原理吗？你知道HashMap的get()方法
的工作原理吗？

上面两个问题属于同一答案的问题

HashMap是基于hash算法实现的，通过put(key,value)
存储对象到HashMap中，也可以通过get(key)从HashMap中获取对象。
当我们使用put的时候，首先HashMap会对key的hashCode()的值
进行hash计算，根据hash值得到这个元素在数组中的位置，
将元素存储在该位置的链表上。当我们使用get的时候，
首先HashMap会对key的hashCode()的值进行hash计算，
根据hash值得到这个元素在数组中的位置，将元素从该位置上的链表中取出

3、当两个对象的hashcode相同会发生什么？

hashcode相同，说明两个对象HashMap数组的同一位置上，
接着HashMap会遍历链表中的每个元素，
通过key的equals方法来判断是否为同一个key，
如果是同一个key，则新的value会覆盖旧的value，
并且返回旧的value。如果不是同一个key，
则存储在该位置上的链表的链头

4、如果两个键的hashcode相同，你如何获取值对象？

遍历HashMap链表中的每个元素，并对每个key进行hash计算，
最后通过get方法获取其对应的值对象

5、如果HashMap的大小超过了负载因子(load factor)定义的容量，
怎么办？

负载因子默认是0.75，HashMap超过了负载因子定义的容量，
也就是说超过了（HashMap的大小*负载因子）这个值，
那么HashMap将会创建为原来HashMap大小两倍的数组大小，
作为自己新的容量，这个过程叫resize或者rehash

6、你了解重新调整HashMap大小存在什么问题吗？

当多线程的情况下，可能产生条件竞争。当重新调整HashMap大小的时候，
确实存在条件竞争，如果两个线程都发现HashMap需要重新调整大小了，
它们会同时试着调整大小。在调整大小的过程中，
存储在链表中的元素的次序会反过来，
因为移动到新的数组位置的时候，
HashMap并不会将元素放在LinkedList的尾部，而是放在头部，
这是为了避免尾部遍历(tail traversing)。
如果条件竞争发生了，那么就死循环了

7、我们可以使用自定义的对象作为键吗？

可以，只要它遵守了equals()和hashCode()方法的定义规则，
并且当对象插入到Map中之后将不会再改变了。
如果这个自定义对象时不可变的，那么它已经满足了作为键的条件，
因为当它创建之后就已经不能改变了。

HashSet与HashMap区别

HashMap实现了Map接口 
HashSet实现了Set接口

HashMap储存键值对 
HashSet仅仅存储对象

HashMap使用put()方法将元素放入map中 
HashSet使用add()方法将元素放入set中

HashMap中使用键对象来计算hashcode值 
HashSet使用成员对象来计算hashcode值

HashMap比较快，因为是使用唯一的键来获取对象 
HashSet较HashMap来说比较慢

HashTable与HashMap的区别

Hashtable方法是同步的 
HashMap方法是非同步的

Hashtable基于Dictionary类 
HashMap基于AbstractMap，而AbstractMap基于Map接口的实现

Hashtable中key和value都不允许为null，遇到null，
直接返回 NullPointerException 
HashMap中key和value都允许为null，遇到key为null的时候，
调用putForNullKey方法进行处理，而对value没有处理

Hashtable中hash数组默认大小是11，扩充方式是old*2+1 
HashMap中hash数组的默认大小是16，而且一定是2的指数

LinkedHashMap的有序性

LinkedHashMap底层使用哈希表与双向链表来保存所有元素，
它维护着一个运行于所有条目的双向链表
（如果学过双向链表的同学会更好的理解它的源代码），
此链表定义了迭代顺序，该迭代顺序可以是插入顺序或者是访问顺序 
1.按插入顺序的链表：在LinkedHashMap调用get方法后，
输出的顺序和输入时的相同，这就是按插入顺序的链表，
默认是按插入顺序排序

2.按访问顺序的链表：在LinkedHashMap调用get方法后，
会将这次访问的元素移至链表尾部，
不断访问可以形成按访问顺序排序的链表。简单的说，
按最近最少访问的元素进行排序（类似LRU算法）

我们可以通过例子来理解我们上面所说的LinkedHashMap的插入顺序和访问顺序

public static void main(String[] args) {
    Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();
    map.put("apple", "苹果");
    map.put("watermelon", "西瓜");
    map.put("banana", "香蕉");
    map.put("peach", "桃子");
 
    Iterator iter = map.entrySet().iterator();
    while (iter.hasNext()) {
        Map.Entry entry = (Map.Entry) iter.next();
        System.out.println(entry.getKey() + "=" + entry.getValue());
    }
}

上面是简单的HashMap代码，通过控制台的输出，我们可以看到HashMap是没有顺序的

banana=香蕉
apple=苹果
peach=桃子
watermelon=西瓜

我们现在将HashMap换成LinkedHashMap，其他代码不变

Map<String, String> map = new LinkedHashMap<String, String>();

看一下控制台的输出

apple=苹果
watermelon=西瓜
banana=香蕉
peach=桃子

我们可以看到，其输出顺序是完成按照插入顺序的，也就是我们上面所说的保留了插入的顺序。下面我们修改一下代码，通过访问顺序进行排序。

public static void main(String[] args) {
    Map<String, String> map = new LinkedHashMap<String, String>(16,0.75f,true);
    map.put("apple", "苹果");
    map.put("watermelon", "西瓜");
    map.put("banana", "香蕉");
    map.put("peach", "桃子");
 
    map.get("banana");
    map.get("apple");
 
    Iterator iter = map.entrySet().iterator();
    while (iter.hasNext()) {
        Map.Entry entry = (Map.Entry) iter.next();
        System.out.println(entry.getKey() + "=" + entry.getValue());
    }
}

代码与之前的相比
1.替换了LinkedHashMap的构造函数，使用三个参数的构造函数，第三个参数传进true就是表明用访问顺序来排序，默认是false（即插入顺序）
2.增加了两句LinkedHashMap的get方法，来表示最近已经访问过这两个元素了

//修改的代码
Map<String, String> map = new LinkedHashMap<String, String>(16,0.75f,true);
......
map.get("banana");
map.get("apple");

看一下控制台的输出结果

watermelon=西瓜
peach=桃子
banana=香蕉
apple=苹果

我们可以看到，顺序是先从最少访问的元素开始遍历（西瓜、桃子），而香蕉、苹果是因为分别调用了get方法，香蕉是最先访问的，所以它的比苹果更少用一些。这也就是我们之前提到过的，LinkedHashMap可以选择按照访问顺序进行排序

LinkedHashMap与HashMap的区别
LinkedHashMap有序的，有插入顺序和访问顺序
HashMap无序的

LinkedHashMap内部维护着一个运行于所有条目的双向链表
HashMap内部维护着一个单链表

什么是ArrayList
ArrayList可以理解为动态数组，它的容量能动态增长，该容量是指用来存储列表元素的数组的大小，随着向ArrayList中不断添加元素，其容量也自动增长
ArrayList允许包括null在内的所有元素
ArrayList是List接口的非同步实现
ArrayList是有序的

ArrayList实现了List接口、底层使用数组保存所有元素，其操作基 本上是对数组的操作

ArrayList继承了AbstractList抽象类，它是一个数组队列，提供了相关的添加、删除、修改、遍历等功能

ArrayList实现了RandmoAccess接口，即提供了随机访问功能，RandmoAccess是java中用来被List实现，为List提供快速访问功能的，我们可以通过元素的序号快速获取元素对象，这就是快速随机访问

ArrayList实现了Cloneable接口，即覆盖了函数clone()，能被克隆 
ArrayList实现了java.io.Serializable接口，意味着ArrayList支持序列化

什么是LinkedList

LinkedList基于链表的List接口的非同步实现
LinkedList允许包括null在内的所有元素
LinkedList是有序的
LinkedList是fail-fast的

LinkedList与ArrayList的区别

LinkedList底层是双向链表
ArrayList底层是可变数组
LinkedList不允许随机访问， 即查询效率低 ArrayList允许随机访问，即查询效率高
LinkedList插入和删除效率快
ArrayList插入和删除效率低

解释一下：

对于随机访问的两个方法，get和set，ArrayList优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针
对于新增和删除两个方法，add和remove，LinedList比较占优势，因为ArrayList要移动数据

什么是ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap基于双数组和链表的Map接口的同步实现
ConcurrentHashMap中元素的key是唯一的、value值可重复
ConcurrentHashMap不允许使用null值和null键
ConcurrentHashMap是无序的

为什么使用ConcurrentHashMap

我们都知道HashMap是非线程安全的，当我们只有一个线程在使用HashMap的时候，自然不会有问题，但如果涉及到多个线程，并且有读有写的过程中，HashMap就会fail-fast。要解决HashMap同步的问题，我们的解决方案有

Hashtable

Collections.synchronizedMap(hashMap)
这两种方式基本都是对整个hash表结构加上同步锁，这样在锁表的期间，别的线程就需要等待了，无疑性能不高，所以我们引入ConcurrentHashMap，既能同步又能多线程访问

ConcurrentHashMap的数据结构

ConcurrentHashMap的数据结构为一个Segment数组，Segment的数据结构为HashEntry的数组，而HashEntry存的是我们的键值对，可以构成链表。可以简单的理解为数组里装的是HashMap
在这里插入图片描述
从上面的结构我们可以了解到，ConcurrentHashMap定位一个元素的过程需要进行两次Hash操作，第一次Hash定位到Segment，第二次Hash定位到元素所在的链表的头部，因此，这一种结构的带来的副作用是Hash的过程要比普通的HashMap要长，但是带来的好处是写操作的时候可以只对元素所在的Segment进行加锁即可，不会影响到其他的Segment。正是因为其内部的结构以及机制，ConcurrentHashMap在并发访问的性能上要比Hashtable和同步包装之后的HashMap的性能提高很多。在理想状态下，ConcurrentHashMap 可以支持 16 个线程执行并发写操作（如果并发级别设置为 16），及任意数量线程的读操作

什么是Vector

Vector是基于可变数组的List接口的同步实现
Vector是有序的
Vector允许null键和null值
Vector已经不建议使用了

Vector实现了List接口、底层使用数组保存所有元素，其操作基本上是对数组的操作
Vector继承了AbstractList抽象类，它是一个数组队列，提供了相关的添加、删除、修改、遍历等功能
Vector实现了RandmoAccess接口，即提供了随机访问功能，RandmoAccess是java中用来被List实现，为List提供快速访问功能的，我们可以通过元素的序号快速获取元素对象，这就是快速随机访问
Vector实现了Cloneable接口，即覆盖了函数clone()，能被克隆
Vector实现了java.io.Serializable接口，意味着ArrayList支持序列化

Vector和ArrayList的区别
Vector同步、线程安全的
ArrayList异步、线程不安全

Vector 需要额外开销来维持同步锁，性能慢
ArrayList 性能快

Vector 可以使用Iterator、foreach、Enumeration输出
ArrayList 只能使用Iterator、foreach输出

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