Java集合类深入理解

ArrayList:

transient Object[] elementData;
  • 动态扩容,扩容最大到 Integer.MaxValue 2的31次方,默认初始化容量为10,以2的幂扩容,
  • modCount记录修改版本 乐观锁的设计,被修改一次modCount会加1,iterate时,比较modCount 快速失败,抛出ConcurrentModificationExceptions,以此方式来尽快告知程序可能会有并发问题
  • 使用System.arraycopy将旧数组内容拷贝到新数组

LinkedList:

private static class Node<E> {
        E item;
        Node<E> next;
        Node<E> prev;

        Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
    }

利用链表实现的;

  • 实现了接口 Queue,即拥有队列:队尾添加新元素,队尾删除元素;
  • Deque,双端队列的属性,可以在队头尾添加删除元素,并且可供用户选择是抛异常和不抛异常型的数据修改操作,
  • modCount记录修改版本 乐观锁的设计,被修改一次modCount会加1,iterate时,比较modCount 快速失败,抛出ConcurrentModificationExceptions,以此方式来尽快告知程序可能会有并发问题

HashMap

transient Node<K,V>[] table;
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final int hash;
        final K key;
        V value;
        Node<K,V> next;
}
static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {
        TreeNode<K,V> parent;  // red-black tree links
        TreeNode<K,V> left;
        TreeNode<K,V> right;
        TreeNode<K,V> prev;    // needed to unlink next upon deletion
        boolean red;
}
  • 对象数组,数组中存放的是Node节点或者TreeNode数节点,即常听人说的 数组+链表结构,在冲突比较严重的情况下(解决冲突的链表长度达到8时),会将链表树化 (treeify or untreeify) 成红黑树
  • AVL树和红黑树之间有什么区别


    红黑树 vs AVL数
  • AVL树和红黑树的应用场景


    应用场景

LinkedHashMap

数据结构

transient LinkedHashMap.Entry<K,V> head;
transient LinkedHashMap.Entry<K,V> tail;
final boolean accessOrder;
static class HashMap.Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final int hash;
        final K key;
        V value;
        Node<K,V> next;
}
static class LinkedHashMap.Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
        Entry<K,V> before, after;
        Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
            super(hash, key, value, next);
        }
}
static final class HashMap.TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {
        TreeNode<K,V> parent;  // red-black tree links
        TreeNode<K,V> left;
        TreeNode<K,V> right;
        TreeNode<K,V> prev;    // needed to unlink next upon deletion
        boolean red;
}
  • 本质上,LinkedHashMap = HashMap + 双向链表,它是一个将所有Entry节点链入一个双向链表的HashMap。在LinkedHashMapMap中,所有put进来的Entry都保存在如下面第一个图所示的哈希表中,但由于它又额外定义了一个以head为头结点的双向链表(如下面第二个图所示),因此对于每次put进来Entry,除了将其保存到哈希表中对应的位置上之外,还会将其插入到双向链表的尾部。


    LinkedHashMap.Entry解读
  • 操作代码
void afterNodeAccess(Node<K,V> e) { // move node to last
        LinkedHashMap.Entry<K,V> last;
        if (accessOrder && (last = tail) != e) {
            LinkedHashMap.Entry<K,V> p =
                (LinkedHashMap.Entry<K,V>)e, b = p.before, a = p.after;
            p.after = null;
            if (b == null)
                head = a;
            else
                b.after = a;
            if (a != null)
                a.before = b;
            else
                last = b;
            if (last == null)
                head = p;
            else {
                p.before = last;
                last.after = p;
            }
            tail = p;
            ++modCount;
        }
    }
void afterNodeInsertion(boolean evict) { // possibly remove eldest
        LinkedHashMap.Entry<K,V> first;
        if (evict && (first = head) != null && removeEldestEntry(first)) {
            K key = first.key;
            removeNode(hash(key), key, null, false, true);
        }
    }
void afterNodeRemoval(Node<K,V> e) { // unlink
        LinkedHashMap.Entry<K,V> p =
            (LinkedHashMap.Entry<K,V>)e, b = p.before, a = p.after;
        p.before = p.after = null;
        if (b == null)
            head = a;
        else
            b.after = a;
        if (a == null)
            tail = b;
        else
            a.before = b;
    }
  • 实现LRU (Least recently used,最近最少使用)算法
    使用LinkedHashMap实现LRU的必要前提是将accessOrder标志位设为true以便开启按访问顺序排序的模式。我们可以看到,无论是put方法还是get方法,都会导致目标Entry成为最近访问的Entry,因此就把该Entry加入到了双向链表的末尾:get方法通过调用afterNodeAccess方法来实现;put方法在覆盖已有key的情况下,也是通过调用afterNodeAccess方法来实现,在插入新的Entry时,则是通过createEntry中的addBefore方法来实现。这样,我们便把最近使用的Entry放入到了双向链表的后面。多次操作后,双向链表前面的Entry便是最近没有使用的,这样当节点个数满的时候,删除最前面的Entry(head后面的那个Entry)即可,因为它就是最近最少使用的Entry(前提是覆写了removeEldestEntry()方法返回true)。

TreeMap

private transient Entry<K,V> root;
static final class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        K key;
        V value;
        Entry<K,V> left;
        Entry<K,V> right;
        Entry<K,V> parent;
        boolean color = BLACK;

利用二叉树结构对KV的Node进行存取 遍历,时间复杂度为log(n)
应用:treeMap实现了 SortedMap,拥有tailMap的能力,可以查找比当前key大,与它最接近的一个kv串,进行返回,因此,可以利用这个特性来实现 一致性哈希算法,存储hash环数据

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