二、容器（集合容器）

Myth丶恋晨 2021-10-16 00:38 455阅读 0赞

##  二、容器 ##

###  1. Java容器都有哪些？ ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxMDI5OTIz_size_16_color_FFFFFF_t_70]![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxMDI5OTIz_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

###  2. Collection和Collections区别？ ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxMDI5OTIz_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
**Collection**：类集接口是集合框架层次结构中根接口，里面提供了很多方法让它的实现类去实现（主要接口：List、Set、其他）；  
**Collectios**：是一个工具类，但它提供了很多静态方法，专门为 Collection接口的实现类和 Map接口的实现类服务。

###  3. List、Set、Map之间的区别？ ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxMDI5OTIz_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]**【1】List、Set、Map区别**：List有序且可重复，Set无序且不可重复，Map无序且不允许 key重复，LinkedHashSet有序且不重复；（Set、map无序，但 TreeSet、TreeMap是有序的）  
**【2】带 Tree的** 都不能添加空元素（因为要排序），否则空指针异常；  
**【3】Hash、Tree和 HashMap、TreeMap：** hash比 Tree效率高，只有排序时用 Tree（一般用 hash，排序时用 Tree）；（HashMap、TreeMap：对一个 key集合进行有序的遍历时用 TreeMap）  
**【4】有没有有顺序的 Map实现类，如果有，它们是怎么保证有序的？**：TreeMap、LinkedHashMap是有序的：TreeMap默认升序，LinkedHashMap则记录了插入顺序。  
![在这里插入图片描述][20190821212530591.png]  
**【4】栈、队列的特点：** 栈是先进后出，队列是先进先出；  
**【3】Set中元素不可重复（Set底层是 Map的 key），用 equals()判断是否重复**：==比较基本数据类型时比较值是否相同，比较引用数据类型时比较的是引用是否相同；equals本质也是比较引用是否相同（只是String、Integer等类重写了 equals方法，所以一般情况下 equals方法比较的是值是否相同）。Set中存放的是对象的引用，所以用 equals方法来判断 set中元素是否重复。

###  3\_1. List、Set、Map三个接口存取元素时，各有什么特点？ ###

List 使用 get（index）取值，也可使用 Iterator、toArray 取值；  
Set 只能使用 Iterator、toArray 取值；  
Map 使用 get（key）取值，可使用 entrySet 取全部映射，也可使用 ketSet 取键集合、values 取值集合。

###  3\_2. set中元素不可重复，用什么方法来区分是否重复？ ###

判断 set中元素是否重复视具体情况而定：  
① HashSet使用 equals 比较；  
② TreeSet使用 compareTo比较；

###  4. ArrayList和 LinkedList ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxMDI5OTIz_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]**ArrayList和 LinkedList**  
**同：** 两者都实现了 List接口；  
**异：**  
① ArrayList底层是动态数组，LinkedList底层是双向链表；  
② ArrayList作随机访问和遍历查询时效率高，它可以以 O(1)的时间复杂度对元素进行随机访问；LinkedList是以双向链表的形式存储数据，每一个元素都和它的前一个和后一个元素链接在一起，在这种情况下，查找某个元素的时间复杂度是 O(n)；  
③ LinkedList作插入、删除时效率高，直接改变 Node指向，不需要像数组那样重新计算大小或是更新索引；  
④ LinkedList比 ArrayList更占内存，因为 LinkedList为每一个节点存储了两个引用，一个指向前一个元素，一个指向后一个元素。

###  4\_1. ArrayList和 Vector ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxMDI5OTIz_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]**ArrayList和 Vector**  
**同：** 都使用了数组的方式存储数据（底层是数组）；都实现了 List接口，有序且可重复（可有多个 null）；  
**异：**  
① 同步性：Vector使用了 Synchronized来实现线程同步，是线程安全的，ArrayList是非线程安全的，效率高，性能上优于 Vector；（需要同步时，一般用 Collections工具类来构造出同步的 ArrayList，而不用 Vector）  
② 扩容大小：ArrayList增长为原来的 0.5倍，Vector增长为原来的 1倍；

###  4\_2. ArrayList和 Array ###

![在这里插入图片描述][20190820165407444.png]

###  4\_3. 如何实现数组和List之间的转换 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxMDI5OTIz_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]  
**比较常见：通过Arrays.asList()创建一个list集合**

List<String> players = Arrays.asList("Tom","Jay","June", "July");

List<Person> people = Arrays.asList(
           new Person("Charlotte", "Neward", 39),
           new Person("Michael", "Neward", 19),
           new Person("Jeff", "Brown", 43)
    );

###  4\_4. 如何实现集合反转 ###

利用 Collections类的 reverse方法：**Collections.reverse（list）**；

###  5. HaspMap和 HashTable ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxMDI5OTIz_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]**【 HaspMap和 HashTable： 】**  
**同：** 都属于 Map接口类（即都实现了 Map接口）；  
**异：**  
**① 同步性**：HashTable是线程同步的，HaspMap是非线程同步的，效率高；（需要同步时，往往不用 HashTable，而使用 ConcurrentHashMap）  
**② 是否允许 null**：HashMap允许一个 null键和多个 null值；HashTable不允许 null键和 null值；  
**③ contains方法**：HashTable有 contains()方法；HashMap把 HashTable的 contains()方法去掉了，改为 containsKey()、containsValue()；  
**④ 继承不同**：  
HashTable<K,V> extends Dictionary<K,V>;  
HashMap<K,V> extends Abstract<K,V>；

###  5\_1. HaspMap和 TreeMap ###

![在这里插入图片描述][20190820164919892.png]

###  6. HaspMap的实现原理 以及 Hash碰撞 ###

**参考：[为什么会将链表转红黑树的值设定为8 & ConcurrentHashMap在1.8之后没采用分段锁][8 _ ConcurrentHashMap_1.8]**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxMDI5OTIz_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]  
**HaspMap的实现原理**：HashMap是 数组+链表+红黑树（JDK1.8增加了红黑树部分） 实现的，基于 Hash算法，通过 put(key,value)存储，get(key)来获取。当传入 key时，HashMap会根据 key.hashCode()计算出 hash值，根据 hash值将 value保存在 bucket里。当计算的 hash值相同时，我们称之为 Hash冲突（Hash碰撞），当发生 **Hash碰撞** 时，HashMap再用 equals()来比较 key是否相同：如果 hash相同， key也相同，value直接覆盖；如果 hash相同，key不同， HashMap的做法是用链表和红黑树存储相同 hash值的 value，当 hash冲突的个数比较少，先在相应的桶中形成一个链表结构，使用链表进行存储，否则使用红黑树。  
**JDK1.8 引入红黑树**：当拉链过长时，会严重影响 HashMap的性能，于是在 JDK1.8中，对数据结构做了进一步的优化，引入了红黑树。而当链表长度太长（默认超过 8）时，链表就转换为红黑树，利用红黑树快速增删改查的特点提高 HashMap的性能。

**Hash碰撞**：对象（即 key）的 hashCode相同。发生 Hash碰撞即对象的 hashCode相同时，HashMap再用 equals()来比较 key是否相同：如果 hash相同， key也相同，value直接覆盖；如果 hash相同，key不同，HashMap的做法是用链表和红黑树存储相同 hash值的 value，当 hash冲突的个数比较少，先在相应的桶中形成一个链表结构，使用链表进行存储，否则使用红黑树。（因为 HashMap的 key唯一，如果添加相同的 key值，value会被覆盖）（HashMap很少用到 equals()，只有当发生哈希碰撞时才会执行）（key是由 hashCode和 equals两者来判断是否相同）。  
**map使用 keySet() 取键集合，values() 取值集合；使用 entrySet() 取全部映射，再getKey()\\getValue()；如下 eg：**

Map<Integer,Integer> map=new HashMap<Integer,Integer>();
    for(Map.Entry<Integer,Integer>  entry：map.entrySet()){
       System.out.pringln(entry.getKey(),entry.getValue());
    }

若只需要 map中的键或值，通过 map.keySet()/map.values()：

Map<Integer,Integer> map=new HashMap<Integer,Integer>();
    for(Integer key：map.keySet()){
       System.out.pringln(key);
    }
    for(Integer value：map.values()){
       System.out.pringln(values);
    }

【1】**HashTable为什么是线程安全的？**：因为 HashTable内部为所有的操作都加了同步锁（synchronized）；  
【2】**为什么加了 synchronized锁会导致效率降低？**：因为 加了同步锁时其他线程再访问，必须等到前一个线程释放了锁才能使用；  
【3】**公司有些大数据量需要用到 HashTable，但又想保证执行效率怎么办？**：用 ConcurrentHashMap；

###  7. ConcurrentHashMap的实现原理 ###

**【1】ConcurrentHashMap的实现原理**：ConcurrentHashMap的内部实现进行了锁分离（或锁分段），将数据分段存储，然后给每一段数据配一把锁，当一个线程占用锁访问其中一个段数据的时候，其他段的数据也能被其他线程访问。有些方法需要跨段，比如 size()和 containsValue()，它们可能需要锁定整个表而而不仅仅是某个段，这需要按顺序锁定所有段，操作完毕后，又按顺序释放所有段的锁，所以它的锁粒度小于同步的 HashMap；同时，ConcurrentHashMap的 get() 操作也是无锁的。除非读到的值是空的才会加锁重读，我们知道 HashTable容器的 get方法是需要加锁的，那么ConcurrentHashMap的 get操作是如何做到不加锁的呢？原因是它的 get方法里将要使用的共享变量都定义成 volatile。（在 HashMap的基础上，将数据分段存储，ConcurrentHashMap由多个 Segment组成，每个 Segment都有把锁（）Segment下包含很多 Node，也就是我们的键值对了））  
【2】**ConcurrentHashMap是如何保证线程安全的？**：使用分段锁 segment；  
【3】**为什么使用分段锁比同步锁效率高？**：分段锁就是把 map分成多个 segment去处理，进行 put操作时，根据 hashcode找到对应的锁，彼此间不受影响，所以效率高；而同步锁锁住的是整个 hashTable，所以效率低。

###  7. 高并发下使用 ConcurrentHashMap ###

参考：[https://www.cnblogs.com/yueshutong/p/9696216.html][https_www.cnblogs.com_yueshutong_p_9696216.html]  
**总结与思考：**  
其实可以看出JDK1.8版本的ConcurrentHashMap的数据结构已经接近HashMap，相对而言，ConcurrentHashMap只是增加了同步的操作来控制并发，从JDK1.7版本的**Segment+ReentrantLock+HashEntry**，到JDK1.8版本中**Synchronized+CAS+HashEntry+红黑树**,相对而言，总结如下思考：  
**1. JDK1.8的实现降低锁的粒度，JDK1.7版本锁的粒度是基于Segment的，包含多个HashEntry，而JDK1.8锁的粒度就是HashEntry（首节点）**；  
**2. JDK1.8版本的数据结构变得更加简单**，使得操作也更加清晰流畅，**因为已经使用synchronized来进行同步，所以不需要分段锁的概念，也就不需要Segment这种数据结构了**，由于粒度的降低，实现的复杂度也增加了；  
**3.** JDK1.8使用红黑树来优化链表，基于长度很长的链表的遍历是一个很漫长的过程，而红黑树的遍历效率是很快的，代替一定阈值的链表，这样形成一个最佳拍档；  
**4.** JDK1.8为什么使用内置锁synchronized来代替重入锁ReentrantLock，我觉得有以下几点：**①因为粒度降低了，在相对而言的低粒度加锁方式，synchronized并不比ReentrantLock差，在粗粒度加锁中ReentrantLock可能通过Condition来控制各个低粒度的边界，更加的灵活，而在低粒度中，Condition的优势就没有了**；②JVM的开发团队从来都没有放弃synchronized，而且基于JVM的synchronized优化空间更大，使用内嵌的关键字比使用API更加自然；③在大量的数据操作下，对于JVM的内存压力，基于API的ReentrantLock会开销更多的内存，虽然不是瓶颈，但是也是一个选择依据；

**【1】并发 Map**：在多线程环境下使用Map，一般也可以使用 Collections.synchronizedMap()方法得到一个线程安全的 Map。但是在高并发的情况下，这个Map的性能表现不是最优的。由于 Map 是使用相当频繁的一个数据结构，因此 JDK 中便提供了一个专用于高并发的 Map 实现 ConcurrentHashMap。  
**【2】为什么不能在高并发下使用HashMap？**  
HashTable容器使用synchronized来保证线程安全，但在线程竞争激烈的情况下HashTable的效率非常低下。因为当一个线程访问HashTable的同步方法时，其他线程访问HashTable的同步方法时，可能会进入阻塞或轮询状态。如线程1使用put进行添加元素，线程2不但不能使用put方法添加元素，并且也不能使用get方法来获取元素，所以竞争越激烈效率越低。  
**【3】ConcurrentHashMap的优势：**  
ConcurrentHashMap的内部实现进行了锁分离（或锁分段），将数据分段存储，然后给每一段数据配一把锁，当一个线程占用锁访问其中一个段数据的时候，其他段的数据也能被其他线程访问。有些方法需要跨段，比如size()和containsValue()，它们可能需要锁定整个表而而不仅仅是某个段，这需要按顺序锁定所有段，操作完毕后，又按顺序释放所有段的锁，  
所以它的锁粒度小于同步的 HashMap；同时，ConcurrentHashMap的 get() 操作也是无锁的。除非读到的值是空的才会加锁重读，我们知道HashTable容器的get方法是需要加锁的，那么ConcurrentHashMap的get操作是如何做到不加锁的呢？原因是它的get方法里将要使用的共享变量都定义成 **volatile**。（在 HashMap的基础上，将数据分段存储，ConcurrentHashMap由多个 Segment组成，每个 Segment都有把锁（Segment下包含很多 Node，也就是我们的键值对了））  
**锁分离：** 首先将数据分段存储，然后给每一段数据配一把锁，当一个线程占用锁访问其中一个段数据的时候，其他段的数据也能被其他线程访问。有些方法需要跨段，比如size()和containsValue()，它们可能需要锁定整个表而而不仅仅是某个段，这需要按顺序锁定所有段，操作完毕后，又按顺序释放所有段的锁。  
**【4】volatile和 synchronized的区别：**  
① volatile本质是在告诉jvm当前变量在寄存器（工作内存）中的值是不确定的，需要从主存中读取； synchronized则是锁定当前变量，只有当前线程可以访问该变量，其他线程被阻塞住。（volatile关键字就是要告诉编译器，这个变量是经常改变的，而且编译时不要进行代码优化，所以每次读写的时候都要到它所在的地址去读取）  
② volatile仅能使用在变量级别；synchronized则可以使用在变量、方法、和类级别的（volatile是变量修饰符，synchronized是修饰类、方法、代码段）  
③ volatile不会造成线程的阻塞；synchronized可能会造成线程的阻塞。  
④ volatile标记的变量不会被编译器优化；synchronized标记的变量可以被编译器优化  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxMDI5OTIz_size_16_color_FFFFFF_t_70 9]

### 8. HaspSet的实现原理 ###

![在这里插入图片描述][20190820165048961.png]

### 9. Queue中的 poll()和 remove()区别 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxMDI5OTIz_size_16_color_FFFFFF_t_70 10]

### 10. 哪些集合是线程安全的 ###

![在这里插入图片描述][20190820165924407.png]

###  11. 迭代器 Iterator  ###

![在这里插入图片描述][20190820170010110.png]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxMDI5OTIz_size_16_color_FFFFFF_t_70 11]  
![在这里插入图片描述][20190820170042845.png]

###  12. 怎么确保一个集合不能被修改？  ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxMDI5OTIz_size_16_color_FFFFFF_t_70 12]

###  13. 如何对集合进行排序？  ###

**参考一：[Java中对集合进行排序的两种方法][Java]**  
参考二：[java如何对map进行排序详解(map集合的使用)][java_map_map]  
参考三：[random.nextInt()的用法][random.nextInt]

1.  使用Collections.sort(lists)；
2.  使用 **Collections.sort(lists,Comparator)**；（常用！）

对于1：lists中的保存的对象的类需要实现Comparable接口，重写其中的compareTo()方法；  
对于2：使用匿名内部类，自定义比较器：

Collections.sort(cells,new Comparator<Cell>(){ //此处创建了一个匿名内部类
    	@Override
    	public int compare(Cell o1,Cell o2){ 
    		return o1.getY() - o2.getY();
    }

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxMDI5OTIz_size_16_color_FFFFFF_t_70]: https://img-blog.csdnimg.cn/20190820161427891.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxMDI5OTIz,size_16,color_FFFFFF,t_70
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[20190820164919892.png]: /images/20211015/9e62f9147db340f88f79f38d79bab0e9.png
[8 _ ConcurrentHashMap_1.8]: https://www.jianshu.com/p/71af0bc09537
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[https_www.cnblogs.com_yueshutong_p_9696216.html]: https://www.cnblogs.com/yueshutong/p/9696216.html
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxMDI5OTIz_size_16_color_FFFFFF_t_70 9]: /images/20211015/1eb8064a5a64490e989348914b93395f.png
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[20190820165924407.png]: /images/20211015/254dfecb2d52464b9b1cbbd2d0bb272b.png
[20190820170010110.png]: /images/20211015/c83460738b584acab220bc9452b19575.png
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[20190820170042845.png]: /images/20211015/caa8bc138d4d435a8af3939b39c2a36a.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxMDI5OTIz_size_16_color_FFFFFF_t_70 12]: /images/20211015/0507862d278e4f58b5f2bd2f1d7f404b.png
[Java]: https://blog.csdn.net/qq_43437465/article/details/89437637?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522163296993816780269833390%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334..%2522%257D&request_id=163296993816780269833390&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~all~baidu_landing_v2~default-1-89437637.first_rank_v2_pc_rank_v29&utm_term=%E5%AE%9E%E7%8E%B0%E9%9B%86%E5%90%88%E6%8E%92%E5%BA%8F&spm=1018.2226.3001.4187
[java_map_map]: https://www.cnblogs.com/skyblue123/p/14383362.html
[random.nextInt]: https://www.cnblogs.com/hm1990hpu/p/8875928.html