【Java】容器类总结

容器类库主要分为Collection和Map

Collection


如上图，有List、Set、Queue3个接口继承了Collection接口，分别规定了三种处理数据的方式。

list

列表，只是一个接口，具体的实现方式有ArrayList（数组实现）、LinkedList（链表实现）
特点：需要按照插入的顺序保存元素

set

集合，数学意义上的集合就是无重复，一种接口
特点是元素不重复且无序排列，因为排列是无顺序的，所以没有get方法

hashset：基于HashMap实现，查询速度快，存储元素的次序是随机的，底层使用HashMap保存HashSet中所有元素于key上，value使用一个static final的Object对象标识
TreeSet
将元素存储与红-黑树结构中，存储的结果是有顺序的
即有顺序的不重复的集合
【红黑树】O(log N) 近似平衡的二叉查找树
如果我能保证树高一直为~lgN的话 那么所有查找都能在~lgN次比较中结束，但是在动态插入中保持树的完美平衡要付出的代价太大
选择放松完美平衡的要求确保查找在对数时间内完成

先理解2-3树，红黑树是利用2-结点和一些额外信息(替换3-结点)来表示2-3树，对于任意的2-3树，都可以派生出一颗对应的二叉树
红链接-表示原来在同一个3-结点中
黑链接-表示2-3树的链接，由此理解性质4

1、每一个节点或者着成红色，或者是黑色 2、根是黑色的 3、如果一个节点是红色，那么她的子节点必须是黑色的 4、从一个节点到一个null引用的每一条路径必须包含相同数目的黑色节点

在树的结构发生改变（即发生插入和删除操作时）会破坏条件3、4，需要通过调整使得查找树重新满足红黑树的条件
调整分为：改变颜色和左旋右旋

颜色转换可以将上下的链色改变 左旋右旋改变同一层的键

queue

用得少，略过

Map 一组成对的键值对，允许我们用键来查找值

HashMap

线程不安全
传统的数组链表哈希如果hash桶即数组较小那么链表就太长
于是JDK1.8后引入红黑树，当链表大于8的时候，将后面的数据存在红黑树

红黑树还可以描述成：
⑴红链接均为左链接。
⑵没有任何一个结点同时和两条红链接相连。
⑶该树是完美黑色平衡的，即任意空链接到根结点的路径上的黑链接数量相同。
这里节点之间的连接分为红连接和黑连接，取代了红节点和黑节点的定义（本质是一样的），将之前的黑高度相等定义为了黑连接数相等。更为直观。
而如图所示，其实红黑树的每一步操作都对应了二三树的操作，如果是二节点就是黑连接，三节点的话里面的两个数之间就是红连接。

Hashtable

也是散列表 函数是同步的 线程安全

区别

数据结构

HashMap是支持null键和null值的，而HashTable在遇到null时，会抛出NullPointerException异常。这并不是因为HashTable有什么特殊的实现层面的原因导致不能支持null键和null值，这仅仅是因为HashMap在实现时对null做了特殊处理，将null的hashCode值定为了0，从而将其存放在哈希表的第0个bucket中。

HashMap和HashTable都使用哈希表来存储键值对。在数据结构上是基本相同的，都创建了一个继承自Map.Entry的私有的内部类Entry，每一个Entry对象表示存储在哈希表中的一个键值对。

Entry对象唯一表示一个键值对，有四个属性：

-K key 键对象
-V value 值对象
-int hash 键对象的hash值
-Entry entry 指向链表中下一个Entry对象，可为null，表示当前Entry对象在链表尾部

算法

HashTable默认的初始大小为11，之后每次扩充为原来的2n+1。HashMap默认的初始化大小为16，之后每次扩充为原来的2倍。还有我没列出代码的一点，就是如果在创建时给定了初始化大小，那么HashTable会直接使用你给定的大小，而HashMap会将其扩充为2的幂次方大小。

也就是说HashTable会尽量使用素数、奇数。而HashMap则总是使用2的幂作为哈希表的大小。我们知道当哈希表的大小为素数时，简单的取模哈希的结果会更加均匀（具体证明，见这篇文章），所以单从这一点上看，HashTable的哈希表大小选择，似乎更高明些。但另一方面我们又知道，在取模计算时，如果模数是2的幂，那么我们可以直接使用位运算来得到结果，效率要大大高于做除法。所以从hash计算的效率上，又是HashMap更胜一筹。
所以，事实就是HashMap为了加快hash的速度，将哈希表的大小固定为了2的幂。当然这引入了哈希分布不均匀的问题，所以HashMap为解决这问题，又对hash算法做了一些改动。具体我们来看看，在获取了key对象的hashCode之后，HashTable和HashMap分别是怎样将他们hash到确定的哈希桶（Entry数组位置）中的。

线程安全

HashTable是同步的，HashMap不是，也就是说HashTable在多线程使用的情况下，不需要做额外的同步，而HashMap则不行。那么HashTable是怎么做到的呢？

可以看到，也比较简单，就是公开的方法比如get都使用了synchronized描述符。而遍历视图比如keySet都使用了Collections.synchronizedXXX进行了同步包装。
【synchronized描述符】

synchronized关键字最主要有以下3种应用方式，下面分别介绍

• 修饰实例方法，作用于当前实例加锁，进入同步代码前要获得当前实例的锁
  修饰静态方法，作用于当前类对象加锁，进入同步代码前要获得当前类对象的锁

修饰代码块，指定加锁对象，对给定对象加锁，进入同步代码库前要获得给定对象的锁。