【博客大赛】Java类集框架详细汇总-底层分析

2021-04-24 489

前言：

Java的类集框架比较多，也十分重要，在这里给出图解，可以理解为相应的继承关系，也可以当作重要知识点回顾；

Collection集合接口

继承自：Iterable

public interface Collection<E> extends Iterable<E>

java.util.Collection是单值集合操作的最大父接口，其中有几个核心操作方法以及常用操作方法；

Modifier and Type	Method(public)	Description
`boolean`	`add(E e)`	确保此集合包含指定的元素（可选操作）。
`boolean`	`addAll(Collection<? extends E> c)`	将指定集合中的所有元素添加到此集合(可选操作)。
`void`	`clear()`	从集合中删除所有元素(可选操作)。
`boolean`	`contains(Object o)`	如果该集合包含指定的元素，则返回true。
`boolean`	`remove(Object o)`	如果存在，则从此集合中删除指定元素的单个实例（可选操作）。
`int`	`size()`	返回此集合中的元素数。
`Object[]`	`toArray()`	返回一个包含此集合中所有元素的数组。
`Iterator<E>`	`iterator()`	返回对此集合中的元素进行迭代的迭代器。

上面方法中有两个特殊的方法就是cotains与remove；都需要equals方法的支持才能删除与查询数据；否则找不到元素。

后面都是衍生出的子类方法。

List集合

最大特点：允许保存重复的元素，并在其父接口上扩充了其他的方法；

继承关系：

public interface List<E> extends Collection<E>

Modifier and Type	Method（public）	Description
`void`	`add(int index, E element)`	Inserts the specified element at the specified position in this list (optional operation).
`boolean`	`add(E e)`	Appends the specified element to the end of this list (optional operation).
`ListIterator<E>`	`listIterator()`	Returns a list iterator over the elements in this list (in proper sequence).
`static <E> List<E>`	`of()`	Returns an unmodifiable list containing zero elements.
`default void`	`forEach(Consumer<? super T> action)`	Performs the given action for each element of the `Iterable` until all elements have been processed or the action throws an exception.

实例：

package Java从入门到项目实战.Java类集框架.List集合;
import java.util.List;
public class 多数据保存 {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> all = List.of("xbhg","Hello","World","welcome");
        Object[] result = all.toArray();
        for (Object t: result) {
            System.out.println(t);
        }
        System.out.println("----------分割线----------");
        all.forEach(System.out::println); //方法引用部分的引用构造方法
    }
}

ArrayList子类

继承结构如下：

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

实例化：重复元素允许保存并且按照添加时的顺序保存；

package Java从入门到项目实战.Java类集框架.List集合;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;

public class ArrayList实例化List {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> all = new ArrayList<String>();
        all.add("Hello");
        all.add("你好");
        all.add("你好");
        all.add("xbhog");
        System.out.println(all);
        all.forEach(System.out::print);
        //lambda表达式
        all.forEach((str)->{
            System.out.print(str+"、");
        });
    }
}

集合操作方法：

package Java从入门到项目实战.Java类集框架.List集合;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ArrayLIst集合相关操作 {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> all = new ArrayList<String>();
        System.out.println("集合是否为空？"+all.isEmpty()+"、集合元素个数"+all.size());
        all.add("1");
        all.add("2");
        all.add("3");
        System.out.println("集合是否为空？"+all.isEmpty()+"、集合元素个数"+all.size());
        System.out.println(all.get(1));
        System.out.println(all.remove("3"));
        System.out.println("集合是否为空？"+all.isEmpty()+"、集合元素个数"+all.size());
    }
}

ArrayList原理分析：重点

首先需要明确ArrayList是通过数组实现的；这样就出现了ArrayList通过什么样的方式进行的扩容操作，以及在什么情况下才会扩容？

ArrayList类中的数组是在构造方法中进行的空间开辟的；其对应的有无参和有参构造方法：

无参构造方法：使用空数组（长度为0）初始化，在第一次使用时会为其开辟空间为（初始化程度为10）；

public ArrayList() {
    this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}

//默认的开辟空间大小
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;
/**
     * Shared empty array instance used for empty instances.
     */
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};
/**
     * Shared empty array instance used for default sized empty instances. We
     * distinguish this from EMPTY_ELEMENTDATA to know how much to inflate when
     * first element is added.
     */
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};

有参构造方法：长度大于0则以指定长度开辟数组空间；如果长度为0，则按照无参构造方法进行；如果负数则抛出ILLegaLArgumentException异常；

public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
    elementData = c.toArray();
    if ((size = elementData.length) != 0) {
        // defend against c.toArray (incorrectly) not returning Object[]
        // (see e.g. https://bugs.openjdk.java.net/browse/JDK-6260652)
        if (elementData.getClass() != Object[].class)
            elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
    } else {
        // replace with empty array.
        this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
}

当数组扩充后利用数组复制的形式，将旧数组中的数据复制到开辟的新数组中；

其最大程度为：

/**
     * The maximum size of array to allocate (unless necessary).
     * Some VMs reserve some header words in an array.
     * Attempts to allocate larger arrays may result in
     * OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit
     */
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

ArrayList保存自定义类对象：

该操作必然包含了相关的增删改查；由于contains与remove方法的实现都需要通过对象比较俩完成；所以我们需要覆写equals方法

package Java从入门到项目实战.Java类集框架.List集合;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

class Person{
    private String name;
    private int age;
    public Person(String name,int age){
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    public boolean equals(Object obj){
        if(this== obj) return true;
        if(obj == null) return false;
        if(!(obj instanceof Person)) return false;
        Person pe = (Person) obj;
        return this.name.equals(pe.name) && this.age == pe.age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "姓名："+this.name +"、年龄："+this.age;
    }
}
public class ArrayList保存自定义类对象 {
    public static void main(String[] args) {
        List<Person> std = new ArrayList<Person>();
        std.add(new Person("xbhog",1));
        std.add(new Person("小明",2));
        std.add(new Person("小白",3));
        System.out.println("-------删除前的数据内容----------");
        std.forEach((person)->{
            System.out.println("姓名："+person.getName()+"、年龄："+person.getAge());
        });
        System.out.println("-------删除后的数据内容----------");
        std.remove(new Person("小白",3));
        std.forEach((person)->{
            System.out.println("姓名："+person.getName()+"、年龄："+person.getAge());
        });
        System.out.println("-------查看数据是否存在----------");
        System.out.println(std.contains(new Person("小明",2)));
    }
}

LinkedList子类：

继承结构如下：基于链表形式的实现

public class LinkedList<E> extends AbstractSequentialList<E> implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, Serializable

实现LinkedList的集合操作：

package Java从入门到项目实战.Java类集框架.List集合;

import java.util.LinkedList;
import java.util.List;

public class LinkList链表操作 {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> all = new LinkedList<String>();
        all.add("java");
        all.add("python");
        all.add("Linux");
        System.out.println(all);
        System.out.println(all.get(2));
        System.out.println(all.get(1));
    }
}

Vector子类：

继承结构如下：

public class Vector<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, Serializable

从继承结构上可以看出，Vector子类的使用方式与ArrayList的使用方式相同；

package Java从入门到项目实战.Java类集框架.List集合;
import java.util.List;
import java.util.Vector;
public class Vector子类实现List接口 {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> all = new Vector<String>();
        all.add("asda");
        all.add("你好");
        all.add("buhao");
        System.out.println(all);
    }
}

不同点：

以下是vector操作方法，采用的方式是synchronized 同步处理；属于线程安全，但是效率没有ArrayList高；

在考虑线程并发访问的情况下才能去使用vector子类。

public synchronized void copyInto(Object[] anArray)

Set集合

主要特点是：内部不允许保存重复元素

继承结构如下：

public interface Set<E> extends Collection<E>

实例化：

package Java从入门到项目实战.Java类集框架.Set集合;
import java.util.Set;
public class set的基本使用 {
    public static void main(String[] args) {
        //不能有重复值，如果有的话会报错
        //Exception in thread "main" java.lang.IllegalArgumentException: duplicate element: 世界
//        Set<String> all = Set.of("你好","xbhog","世界","世界");
        Set<String> all = Set.of("你好","xbhog","世界");
        System.out.println(all);
    }
}

HashSet子类：

特点：散列存放且不允许保存重复元素即：无序存放

继承结构如下：

public class HashSet<E> extends AbstractSet<E> implements Set<E>, Cloneable, Serializable

HashSet保存数据：

package Java从入门到项目实战.Java类集框架.Set集合;
import java.util.HashSet;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;
public class HashSet保存数据 { //数据采用无序的保存方式，且不允许保存重复的数据
    public static void main(String[] args) {
        //保存的类型是String
        Set<String> all = new HashSet<String>();
        all.add("小李");
        all.add("小红");
        all.add("小1");
        all.add("小2");
        all.add("小花");
        all.add("小花");
        System.out.println(all);
        Iterator<String> iter = all.iterator();
        while(iter.hasNext()){
            String str  = iter.next();
            System.out.print(str+"、");
        }
    }
}

LinkedHashSet子类：JDK1.4加入---解决HashSet无法顺序保存的数据

实现是基于链表保存的数据:增加的顺序就是集合的保存顺序，且不会保存重复的数据。

package Java从入门到项目实战.Java类集框架.Set集合;
import java.util.Iterator;
import java.util.LinkedHashSet;
import java.util.LinkedList;
import java.util.Set;
public class 链表实现LinkHashSet {  //基于链表的操作，且保存的数据为顺序保存
    public static void main(String[] args) {
        Set<String> all = new LinkedHashSet<String>();
        all.add("小李老师");
        all.add("小bai");
        all.add("小明");
        all.add("小黄");
        System.out.println(all);
        Iterator<String> iter = all.iterator();
        while (iter.hasNext()) {
            String str = iter.next();
            System.out.println(str + "、");
        }
    }
}

TreeSet子类：

特点：使得集合中保存的数据进行有序排列

其继承结构如下：

public class TreeSet<E> extends AbstractSet<E> implements NavigableSet<E>, Cloneable, Serializable

TreeSet子类继承AbstractSet抽象类并实现了NavigableSet接口（该接口为排序标准接口，是Set的子类）

TreeSet保存数据：

package Java从入门到项目实战.Java类集框架.Set集合;
import java.util.*;
public class TreeSet子类的有序排列 {
    //所有保存的数据按照从大到小的顺序（字符按照字母大小顺序依次比较）
    public static void main(String[] args) {
        Set<String> all = new TreeSet<String>();
        all.add("11");
        all.add("hello");
        all.add("hello");
        all.add("world");
        all.add("add");
        all.add("部署");
        all.add("啊哈");
        System.out.println(all);
    }
}

优先级：数字排序>字母排序>汉字排序

TreeSet子类排序分析：

该类子在进行有序数据存储时依据的是Comparable接口实现排序；需要注意的是在覆写compareTo()方法时需要进行类中全部属性的比较；否则出现部分属性相同时被误判为同一个对象；导致重复元素判断失败；

package Java从入门到项目实战.Java类集框架.Set集合;
import java.util.Set;
import java.util.TreeSet;
class Member implements Comparable<Member>{
    private  String name;
    private  int age;
    public Member(String name,int age){
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    public String toString(){
        return "姓名："+this.name +"、年龄："+this.age;
    }
    @Override
    public int compareTo(Member per){
        if(this.age < per.age) return -1;
        else if(this.age > per.age) return 1;  //年龄相同时比较名字
        else {
            return this.name.compareTo(per.name);
        }
    }
}

public class TreeSet子类排序分析 {
    public static void main(String[] args) {
        Set<Member> all = new TreeSet<Member>();
        all.add(new Member("张三",12));
        all.add(new Member("李四",12));
        all.add(new Member("王五",20));
        all.add(new Member("王五",20));
        all.forEach(System.out::println);
    }
}

关于compareTo的相关描述，可以到源码下的注释中翻译了解。

重复元素消除：（非排序的集合中的重复元素）

依靠两种方法：

Hash码：public int Hashcode();
对象比较：public boolean equals(Object obj);

在进行对象比较的过程中，首先会使用hashCode()方法与集合中已经保存的代码进行匹配比较；如果代码相同则再使用equals()方法进行属性的依次比较；如果全部相同；则为相同元素；

package Java从入门到项目实战.Java类集框架.Set集合;
import java.util.*;
class Person{
    private String name;
    private int age;
    public Person(String name,int age){
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (!(o instanceof Person)) return false;

        Person person = (Person) o;

        if (age != person.age) return false;
        if (name != null ? !name.equals(person.name) : person.name != null) return false;

        return true;
    }
    @Override
    public int hashCode() {
        int result = name != null ? name.hashCode() : 0;
        result = 31 * result + age;
        return result;
    }
}
public class 重复元素消除 {
    public static void main(String[] args) {
        Set<Person> all = new HashSet<Person>();
        all.add(new Person("张三",19));
        all.add(new Person("李四",19));
        all.add(new Person("王五",20));
        all.add(new Person("王五",20));
        all.add(new Person("魏六",66));
        all.add(new Person("xbhog",10));
        System.out.println("------------第一种输入方式-----------");
        all.forEach((person -> {
            System.out.println(person.getName()+"----"+person.getAge());
        }));
        System.out.println("------------第二种输入方式-----------");
        Iterator<Person> iter = all.iterator();
        while(iter.hasNext()){
            Person per = iter.next();
            System.out.println(per.getName() + " "+per.getAge());
        }
    }
}

通过hashSet 保存了重复元素，再两个方法的作用实现去重操作。

集合输出

在类框架中的对于集合的标准输出为：Iterator、ListIterator、Enumeration、foreach;

Iterator迭代输出：

迭代输出：依次判断每个元素，判断其是否有内容，如果有内容就输出。

Iterator接口依靠Iterable接口中的iterate()方法实例化的；

Iterator常用方法：

`boolean`	`hasNext()`	Returns `true` if the iteration has more elements.
`E`	`next()`	返回迭代中的下一个元素。
`default void`	`remove()`	从基础集合中移除该迭代器返回的最后一个元素(可选操作)。
`boolean`	`hasNext()`	如果迭代有更多元素则返回true。

实例：

package Java从入门到项目实战.Java类集框架.集合输出;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;
public class Iterator输出Set集合 {
    public static void main(String[] args) {
        Set<String> all = Set.of("Hello","World","xbhog");
        Iterator<String> iter = all.iterator();
        while(iter.hasNext()){
            String str = iter.next();
            System.out.print(str+"、");
        }       
    }
}

关于数据删除的问题：

在Collection中与Iterator都有remove方法；那么应该选择什么呢：

Collection不管三七二十一，就给你删除了，这样会造成Java.util.ConcurrentModificationException错误；

而Iterator在迭代的时候；都会需要依据存储的数据内容进行判断；

所以只有Iterator接口中的remove才是实现删除数据的正确方法。

如：

package cn.mldn.demo;
import java.util.HashSet;
import java.util.Iterator;
import java.util.Set;
public class JavaCollectDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 如果使用Set.of()或List.of()创建的集合不支持删除操作
        Set<String> all = new HashSet<String>();
        all.add("小白");                  // 保存数据
        all.add("Java");                    // 保存数据
        all.add("Java");                    // 保存重复数据
        all.add("xbhog");               // 保存数据
        Iterator<String> iter = all.iterator(); 
        while (iter.hasNext()) {                // 集合是否有数据
            String str = iter.next();           // 获取数据
            if ("Java".equals(str)) {
                iter.remove() ;                 // 删除当前数据
            } else {
                System.out.print(str + "、");
            }
        }
    }
}

ListIterator双向迭代：

首先区别Iterator的作用：

Iterator完成的是从前向后单向输出

ListIterator完成的是从后向前输出

但是只有实现Iterator从前向后的输出后才能实现ListIterator从后向前的输出（注意先后顺序）；

因为只有实现从前向后输出结束后，指针才执行最后；

如果顺序相反则会输出为空。

其下的扩充方法：

Modifier and Type	Method	Description
`boolean`	`hasPrevious()`	如果该列表迭代器在反向遍历列表时拥有更多元素，则返回true。
`E`	`previous()`	返回列表中的前一个元素，并向后移动光标位置。

实例：执行双向迭代

package Java从入门到项目实战.Java类集框架.集合输出;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.ListIterator;
public class 双向迭代输出ListIterator {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> all = new ArrayList<String>();
        all.add("小李");
        all.add("小宋");
        all.add("xbhog");
        ListIterator<String> iter = all.listIterator();
        System.out.println("执行从后往前的操作的话必须需要先执行从前往后的操作，这样才能是指针指向后面");
        //如果不按照相关操作进行，则从后往前的操作输出为空；
        System.out.println("从前往后输出：-----------");
        while(iter.hasNext()){
            System.out.println(iter.next());
        }
        System.out.println("从后往前输出：------------");
        while(iter.hasPrevious()){  //判断是否有前一个元素
            System.out.println(iter.previous());  //有的输出前一个元素
        }
    }
}

ListIterator接口实现了List集合的双向迭代操作。

Enumeration枚举输出：

该类型的输出是建立在Vector集合上的；相当于依附产品；

其接口常用方法：

Modifier and Type	Method	Description
`boolean`	`hasMoreElements()`	测试此枚举是否包含更多元素。
`E`	`nextElement()`	如果该枚举对象至少还有一个要提供的元素，则返回该枚举的下一个元素。

实例：输出vector集合数据

package cn.mldn.demo;
import java.util.Enumeration;
import java.util.Vector;
public class JavaCollectDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Vector<String> all = new Vector<String>();      // 实例化Vector
        all.add("小黄");                              // 保存数据
        all.add("Java");                                // 保存数据
        all.add("xbhog");                           // 保存数据
        Enumeration<String> enu = all.elements() ;          // 获取Enumeration实例
        while (enu.hasMoreElements()) {
            String str = enu.nextElement() ;
            System.out.print(str + "、");
        }
    }
}

注意Enumeration只有输出操作没有删除操作。

foreach输出：

没啥好说的，既可以实现数组输出外，也支持集合的输出；

package cn.mldn.demo;
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
public class JavaCollectDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Set<String> all = new HashSet<String>();            // 实例化Set
        all.add("小黄");                              // 保存数据
        all.add("Java");                                // 保存数据
        all.add("xbhog");                           // 保存数据
        for (String str : all) {
            System.out.print(str + "、"); 
        }
    }
}

实现自定义foreach输出：

首先需要知道实现foreach需要Iterator接口的支持；所以在Set与List集合才可以通过foreach实现输出；

如果我们自己要实现自定义类的输出，那么我们就需要实例化Iterable接口完成iterator的功能；

package cn.mldn.demo;
import java.util.Iterator;
class Message implements Iterable<String> {// 支持foreach输出
    private String[] content = { "Java", "Python", "Ubuntu" };  // 信息内容
    private int foot;                   // 操作脚标
    @Override
    public Iterator<String> iterator() {    // 获取Iterator实例
        return new MessageIterator();
    }
    private class MessageIterator implements Iterator<String> {
        @Override
        public boolean hasNext() {      // 判断是否存在内容
            return Message.this.foot < 
                Message.this.content.length;
        }
        @Override
        public String next() {          // 获取数据
            return Message.this.content[Message.this.foot++];
        }
    }
}
public class JavaCollectDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Message message = new Message();    // Iterable接口实例
        for (String msg : message) {        // foreach输出
            System.out.print(msg + "、");
        }
    }
}

Map集合

map的集合形式是键值对的方式；

其常用方法：

Modifier and Type	Method	Description
`V`	`get(Object key)`	Returns the value to which the specified key is mapped, or `null` if this map contains no mapping for the key.
`V`	`put(K key, V value)`	Associates the specified value with the specified key in this map (optional operation).
`static <K,V> Map<K,V>`	`of()`	Returns an unmodifiable map containing zero mappings.

其中Map.of()可以将每一组数据转为map进行保存；

使用Map保存Key-Value数据：

package Java从入门到项目实战.Java类集框架.Map集合;
import java.util.Collection;
import java.util.Map;
import java.util.Set;
public class 保存Key_Value数据 {
    public static void main(String[] args) {
//        如果Key重复  则会报错：java.lang.IllegalArgumentException
//        如果Value与Key设置为null，则会报错：java.lang.NullPointerException
        Map<String,Integer> map = Map.of("one",1,"two",null);
        System.out.println(map);
//        System.out.println(map.get("one"));
//        Put只能在map子类中使用
    }
}

注意点：

如果Key重复则会报错：java.lang.IllegalArgumentException
如果Value与Key设置为null，则会报错：java.lang.NullPointerException

HashMap子类：

特点：采用散列方式保存数据，即无序排列

继承结构：

public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable

HashMap进行map集合的操作：

package Java从入门到项目实战.Java类集框架.Map集合;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
public class HahMap子类 {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String,Integer> map =  new HashMap<String,Integer>();
//        进行Map的集合操作
//        map.put("One",1);
//        map.put("Two",2);
//        map.put("Three",3);
//        System.out.println(map);

//        Map数据的保存方法：
        System.out.println(map.put("One",1)); //保存数据，但是保存的数据的key不存在，返回null
        System.out.println(map.put("One",101));  // 返回1，也就是返回的是覆盖掉的值

        map.put("Three",3);
        map.put("demo1",4);
        map.put("demo2",null);
        map.put("Te",6);
        map.put(null,7);
        /*结果
        * null、7
        * */
        System.out.println(map.get("demo2"));
        System.out.println(map.get(null));
    }
}

注意两个输出的注释：

//Map数据的保存方法：
System.out.println(map.put("One",1)); //保存数据，但是保存的数据的key不存在，返回null
System.out.println(map.put("One",101));  // 返回1，也就是返回的是覆盖掉的值

在使用Map保存数据的时候Key与Value都不能使用null,但是使用HashMap进行保存数据可以将Key或Value设置为null,当然也可以Key=Value=null，但是这样的实现保存毫无意义。

put方法在发生覆盖钱都可以返回原始内容，这样就可以依据返回结果来判断所设置的key是否存在；

HashMap数据扩充操作原理分析：

1）首先观察构造方法：

设置数据扩充阈值；

public HashMap() {
    // all other fields defaulted
    this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; 
}

然后跳转DEFAULT_LOAD_FACTOR查看：

作用：容量的扩充阈值

/**
     * The load factor used when none specified in constructor.
     */
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

通过源码可以发现，每个Hashmap在对象实例化的时候都已经考虑到了数据存储的扩充问题；

2）观察HashMap中的put方法

public V put(K key,V value){
    return putVal(hash(key),key,value,false,true);
}

在使用put方法进行数据保存的时候会调用putVal方法，同时会将key进行哈希处理(生成hash码)

而putVal()方法为了方便数据保存会将数据封装为一个Node节点类对象，而在使用putVal()方法的操作过程会调用reasize()方法进行扩容；

3）容量扩充

当保存的数据超过既定的存储容量则会进行扩容，原则如下：

常量地址：DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;作为初始化的容量配置，而后1向左移4为-》16；

常量的默认大小为16个元素，也就是说默认可以保存的最大的内容是16；

static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16

当保存的数据内容超过了设置的阈值DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f

相当于容量x阈值 = 16*0.75 = 12；即保存到12个元素的时候就会进行容量扩充；

扩充的模式是2倍扩充：即每一次扩充2倍的容量。

4）大数据下的数据存储方式：

在JDK1.8之后来到大数据时代，这就触发了HashMap在大数据量中的访问效率问题；

其中提供了一个重要的常量：TREEIFY_THRESHOLD

static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

在使用HashMap进行保存的时候，如果保存的数据个数没有超过阈值8，那么会按照链表的形式进行数据的存储；而超过了这个阈值，则会将链表转为红黑树以实现树的平衡；并且利用左旋与右旋保证数据的查询性能。

LinkedHashMap子类：

特点：基于链表形式实现偶对的存储，可以保证存储顺序与数据增加的顺序相同；

继承结构：

public class LinkedHashMap<K,V> extends HashMap<K,V> implements Map<K,V>

使用LinkedHashMao子类存储数据：

package Java从入门到项目实战.Java类集框架.Map集合;
import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.Map;
public class LinkedHashMap子类存储数据 {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String,Integer> map = new LinkedHashMap<String,Integer>();
        map.put("张三",1);
        map.put("李四",2);
        map.put("王五",3);
        map.put(null,3);
        map.put("赵六",null);
        System.out.println(map);
    }
}

运行可以发现集合的保存的顺序与数据增加顺序相同；同时LinkedHashMap子类允许保存的Key或value内容为null;

Hashtable子类：

其继承结构如下：

public class Hashtable<K,V> extends Dictionary<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable

使用Hashtable子类保存数据：

package Java从入门到项目实战.Java类集框架.Map集合;
import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.Map;
public class LinkedHashMap子类存储数据 {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String,Integer> map = new Hashtable<String,Integer>();
        map.put("张三",1);
        map.put("李四",2);
        System.out.println(map);
    }
}

HashMap与Hashtable的区别：

HashMap中的方法都是异步操作(非线程安全)，HashMap中允许保存null数据

Hashtable中的方法都是同步操作(线程安全),但是效率慢，Hashtable不允许保存Null数据；否则会出现NUllpointException;

TreeMap子类：

特点：TreeMap属于有序的Map集合类型；它可以按照key进行排序；所以需要Comaprable接口配合;

继承结构如下：

public class TreeMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements NavigableMap<K,V>, Cloneable, Serializable

TreeMap子类进行数据Key的排序：

package Java从入门到项目实战.Java类集框架.Map集合;
import java.util.Map;
import java.util.TreeMap;
public class TreeMap子类进行数据Key的排序 {
    public static void main(String[] args) {
//        因为该程序保存的Key属于String类型，由于String中实现了Comparable接口，所以
//        可以根据保存的字符的编码进行由低到高的进行排序
        /*
        * public final class String
            implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence
        *
        *
        * */
        Map<String,Integer> map = new TreeMap<String,Integer>();
        map.put("C",3);
        map.put("B",2);
        map.put("A",1);
        System.out.println(map);

    }
}

Map.Entry内部接口：

在JDK1.9开始可以利用Map接口中创建Map.entry内部接口实例；

package Java从入门到项目实战.Java类集框架.Map集合;
import java.util.Map;
public class Map_Entry内部接口 {
    public static void main(String[] args) {
        Map.Entry<String,Integer> entry = Map.entry("One",1);
        System.out.println(entry.getKey());
        System.out.println(entry.getValue());
        //观察使用的子类
        System.out.println(entry.getClass().getName());
    }
}

在程序继续宁Map.Entry对象构建的时，只传入Key和Value就会自动利用KeyValueHolder子类实例化Map.Entry接口对象。

Iterator输出Map集合：

集合数据输出的标准形式是基于Iterator接口完成的；Collection接口直接提供iterator方法可以获得iterator接口实例；但由于Map接口中保存的数据是多个Map.Entry接口封装的二元偶对象，所以就必须采用Map集合的迭代输出；

使得Map接口中的entrySet(),将Map集合变为Set集合；
取得Set接口实例后就可以利用iterator方法取得iterator的实例化对象；
使用iterator迭代找到每一个Map.Entry对象，并进行Key与Value的分。

Iterator和foreach输出Map集合:

package Java从入门到项目实战.Java类集框架.Map集合;
import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;
import java.util.Set;
public class Map集合的输出问题 {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String,Integer> map = new HashMap<String,Integer>();
        map.put("One",1);
        map.put("two",2);
//        输出的map中的Key与Value的值
        Set<Map.Entry<String, Integer>> set = map.entrySet();//将Map集合转变为Set集合
        Iterator<Map.Entry<String,Integer>> iter = set.iterator();  //获取Iterator接口
        while(iter.hasNext()){
//          Set中存的都是Map.Entry（）对象
            Map.Entry<String, Integer> me = iter.next();
            System.out.print(me.getKey()+" "+me.getValue());
        }
//        System.out.println("\n");
        //foreach循环输出Map集合：
        for(Map.Entry<String,Integer> entry:set){
            System.out.print(entry.getKey()+" "+entry.getValue());
        }
    }
}

自定义Key类型：

采用自定义类的形式实现，但是作为Key类型的类由于存在数据查找的需求，所以必须在类中覆写hashcode()与equals()方法。

package Java从入门到项目实战.Java类集框架.Map集合;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
class Member{
    private String name;
    private int age;

    public Member(String name,int age){
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (!(o instanceof Member)) return false;

        Member member = (Member) o;

        if (age != member.age) return false;
        if (name != null ? !name.equals(member.name) : member.name != null) return false;

        return true;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        int result = name != null ? name.hashCode() : 0;
        result = 31 * result + age;
        return result;
    }
}
/*
* Key进行自定义；作为Key类型的类由于存在数据查找的需求，所以应该在类中覆写HashCode() 和equals();
* */
public class 自定义Key的值 {
    public static void main(String[] args) {
        Map<Member,String> map = new HashMap<Member,String>();
        map.put(new Member("张三",22),"xbhog");
        map.put(new Member("李四",23),"博客");
        map.put(new Member("王五",26),"welcome");
        System.out.println(map.get(new Member("张三",22)));

    }
}

在存储大量的数据中，key还是可能出现重复的问题，这个问题叫Hash冲突；

解决的方式：

链地址法(拉链法)、开放寻址、再哈希、建立公共溢出区；

微信关注我们

原文链接：https://blog.51cto.com/u_10848162/2728693

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【博客大赛】Java类集框架详细汇总-底层分析

前言：

Collection集合接口

List集合

ArrayList子类

ArrayList保存自定义类对象：

LinkedList子类：

Vector子类：

Set集合

HashSet子类：

TreeSet子类：

TreeSet子类排序分析：

重复元素消除：（非排序的集合中的重复元素）

集合输出

Iterator迭代输出：

ListIterator双向迭代：

Enumeration枚举输出：

foreach输出：

Map集合

HashMap子类：

HashMap数据扩充操作原理分析：

LinkedHashMap子类：

Hashtable子类：

TreeMap子类：

Map.Entry内部接口：

Iterator输出Map集合：

自定义Key类型：

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