Java的集合类

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转自：Q.Mr的博客

http://www.cnblogs.com/zrtqsk/p/3472258.html

（本人第一次写博客，部分内容有参照李刚老师的疯狂java系列图书，如有遗漏错误，请多指教，谢谢。）

Java的集合类可分为Set、List、Map、Queue，其中Set、List、Queue都有共同的接口：Collection.

所以Collection和Map是Java集合框架的根接口。Java集合实际上并不是真的把对象放入其中，集合中保存的只是对象的引用。

这里首先讲Map，因为所有的Set底层都是由Map实现的，仔细观察API可以发现，Set集合继承体系中所有的接口、实现类的类名，对应的Map集合体系都有。

如：Set-->Map

EnumSet-->EnumMap

SortedSet-->SortedMap

TreeSet-->TreeMap

NavigableSet-->NavigableMap

HashSet-->HashMap

LinkedHashSet-->LinkedHashMap

所不同的是，Map集合体系中还包括IdetityHashMap、WeakHashMap、Hashtable、Properties实现类。

Map集合用于保存具有映射关系的数据，其本质就是一个Object类型的动态数组，数组元素是Map接口的内部类Entry。

内部类Entry封装了一个key-value对。

key和value存在单向的一对一关系，通过指定的key总能找到唯一的确定的value.

由于这个特征，就必须要求Key是不可重复的，符合Set的特征。事实上，Map中所有的key就组成了一个Set集合。

而Value是可以重复的。只能通过key查询value，可以把value看作key的附庸。

一、HashMap 和 Hashtable

Hashtable较为古老，是HashMap的线程安全形式。其中封装了许多古老的方法，与HashMap主要有两点区别：

1、HashMap线程不安全，Hashtable线程安全，所以HashMap性能更好。

而实现线程安全用集合工具类Collections的静态方法synchronizedMap（）包装一下,更简单、实用。

2、Hashtable不允许使用null作为key和value,会引发NullPointerException异常，而HashMap允许。

HashMap的底层是数组实现的，其数组元素为一个Entry链表（栈）。

存储过程：根据元素的hashCode()返回值计算元素在数组中的存储索引。根据元素equals方法来计算元素在Entry链表中的存储位置。

若有2个元素hashCode()返回值相同而equals为false，那么发生哈希冲突。新增加的Entry总放在Entry链表栈顶。

HashMap底层数组默认大小为16，这种存储位置又叫做桶（bucket）,默认负载极限为0.75，即当HashMap中填满3/4时，

HashMap的容量将自动增加一倍。这个过程中，元素会重新分配，放入新的桶中。这个过程叫做rehashing.

public V put(K key, V value) {
if (key == null)
return putForNullKey(value);
int hash = hash(key.hashCode());
int i = indexFor(hash, table.length);
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
modCount++;
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}

static int indexFor(int h, int length) {
return h & (length-1);
}

可以看到：1、元素的hash值是根据key的hashCode计算的。

2、索引是根据元素的hash值简易计算的。

查询过程：与存储过程类似，先根据hashCode()返回值计算数组索引，若数组所在位置已经有元素，与栈中所有元素equals比较，若相同，则返回。

public V get(Object key) {
if (key == null)
return getForNullKey();
int hash = hash(key.hashCode());
for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
e != null;
e = e.next) {
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
return e.value;
}
return null;
}

所有参与计算hashCode（）返回值的关键属性，都应用于作为equals（）比较的标准。

不应该给equals()和hashCode()方法的依赖属性提供注入方法，或者可以直接将其设置为final.

创建过程：除了默认的构造方法，HashMap还提供了指定初始容量、负载因子的构造器。

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " + loadFactor);
// Find a power of 2 >= initialCapacity
int capacity = 1;
while (capacity < initialCapacity)
capacity <<= 1; this.loadFactor = loadFactor;
threshold = (int)(capacity * loadFactor);
table = new Entry[capacity];
init();
}

可以看到：1、初始容量最大为1<<30。不可以更大。

2、初始容量必须为大于指定容量的最小的2的n次方值

二、TreeMap

TreeMap采用“红黑树”的排序二叉树来保存Map中的每个Entry。每个Entry为红黑树的一个节点。

所有的Entry总是根据key按指定的规则保持有序。

红黑树是一种自平衡二叉树，每个节点的值都大于或等于它的左子树中所有节点的值，都小于或等于它的右子树中所有节点的值。

三、WeakHashMap、IdentityHashMap

WeakHashMap每个key对象保存了实际对象的弱引用。

IdentityHashMap的实现机制与HashMap类似，只有当key1==key2时，才认为key1与key2相等。它不保证任何key-value对之间的顺序，

也不保证它们的顺序随时间的推移不变。

四、LinkedHashMap、Properties

LinkedHashMap是HashMap的子类，使用双向链表来维护entry的插入次序，迭代输出时，元素顺序与插入顺序一致。