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单列集合框架体系Collection

2019-08-16 09:42:59来源：博客园阅读 ()

单列集合框架体系Collection

单列集合框架体系

List 集合体系主要实现类依次为 ArrayList，LinkedList，Vector 。

List接口主要特征：

　　有序，可重复，有索引，底层容量是动态扩容的。（代码以JDK 1.8为例）

ArrayList：是List接口的主要实现类，底层用数组实现： ,transient Object[] elementData;

　　　　　线程不安全的，查询快，增加，删除慢（相对于LinkedList）

　　　　　JDK1.7默认初始长度是10，JDK1.8默认长度是0 ，在调用添加方法之后，才进行长度初始化（值是 10）。

　　　　　扩容是在当前的数据容量比集合内部数组长度大时，进行扩容，扩容时会先复制原有的数组，然后创建新数组，把原有数组放入新数组中，新数组长度扩围原有的1.5倍，如果

　　　　 发现数组长度还是不够用，那么直接把当前的实际容量赋值给新数组的容量

private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};
public ArrayList() {
        this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
    }
public boolean add(E e) {
　　
    ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!
    elementData[size++] = e;
    return true;
}
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
    ensureExplicitCapacity(calculateCapacity(elementData, minCapacity));
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
        modCount++;
　　　    //如果初始值为10 ，现在集合长度为10 ，在添加低11个元素的时候        
         //会符合下面的判断条件，进入扩容机制
        // overflow-conscious code
        if (minCapacity - elementData.length > 0)
            grow(minCapacity);
    }
private void grow(int minCapacity) {
    // overflow-conscious code
    int oldCapacity = elementData.length;
   // 先扩大1.5倍,作为新数组的使用长度，通过下面判断是否够用
    int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
    if (newCapacity - minCapacity < 0)
        //扩容1.5倍的新数组长度还是不够用，那么直接把当前的实际容量赋值给新数组的容量
        newCapacity = minCapacity;
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
        newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
    // minCapacity is usually close to size, so this is a win:
　　//调用java.util.Arrays 工具包下面的复制数组方法

    elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
        if (minCapacity < 0) // overflow
            throw new OutOfMemoryError();
        return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
            Integer.MAX_VALUE :
            MAX_ARRAY_SIZE;
    }
public static <T,U> T[] copyOf(U[] original, int newLength, Class<? extends T[]> newType) {
        @SuppressWarnings("unchecked")
        T[] copy = ((Object)newType == (Object)Object[].class)
            ? (T[]) new Object[newLength]
            : (T[]) Array.newInstance(newType.getComponentType(), newLength);
        System.arraycopy(original, 0, copy, 0,
                         Math.min(original.length, newLength));
        return copy;
    }

LinkedList：底层是双向链表实现的，有前后元素的地址存储。

transient Node<E> first;
transient Node<E> last;
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;
        }
    }
public boolean add(E e) {
        linkLast(e);
        return true;
    }
void linkLast(E e) {
        final Node<E> l = last;
        final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
        last = newNode;
        if (l == null)
            first = newNode;
        else
            l.next = newNode;
        size++;
        modCount++;
    }

Vector：线程安全的，底层用 Object[] elementData 数组，扩容是原来的2倍长度这个和ArrayList 是不一样的

protected Object[] elementData;
public Vector(int initialCapacity) {
        this(initialCapacity, 0);
    }
public synchronized void addElement(E obj) {
        modCount++;
        ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
        elementData[elementCount++] = obj;
    }
private void grow(int minCapacity) {
        // overflow-conscious code
        int oldCapacity = elementData.length;
　　　　　//扩容是原来的2倍长度
        int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ?
                                         capacityIncrement : oldCapacity);
        if (newCapacity - minCapacity < 0)
            newCapacity = minCapacity;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
            newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
        elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
    }

Set集合体系主要实现类依次为 HashSet，LinkedHashSet，TreeSet;

　　Set集合的特点：

　　　　无序不可重复，这个不是指存取的顺序，指的是数据存放在内存中的地址的无序性，简单点说就是没有索引排序，是用hash值来进行判断。

　　　　其中HashSet 是Set 的主要实现类，如果没有特殊情况的话，一般都使用这个类。

　　　　无序性：不是指随机性，底层是数组+链表（JDK1.8 会把链表转红黑树）通过hashCode() 计算出对应的hash 值，然后通过hash 值计算出数据存储在数组对应的地址上。

　　　　不可重复性：先计算要存储值的hash 值，通过hash 值来计算在容器中数组存放的位置，如果当前数据的hash 值所在容器的位置没有数据就直接存进去，

　　　　　　　　　　如果有，那么就和容器中的值进行hash 值的比较，如果hash值相同，再计算当前值equals() 容器中该位置的值是否相等，如果相等就代表是同一个元素，就不存进容器中，

　　　　　　　　　　如果hash值不同，则直接存进容器中，JDK1.7 是把当前元素存进数组和链表的连接处(链表前端)，JDK1.8是把当前数据存进数据对应数组连接的链表的末端。保证元素的不可重复性。

HashSet：可以存储null 值，线程不安全的（简单理解 :就是多线程情况下会不会产生数据不一致的问题，其实安不安全，基本就看是否是加了锁，或者是底层是不是用CAS 机制等来进行处理过），

　　　　 JDK1.7底层是用数组+链表（单向链表）初始长度是 16

LinkedHashSet：是HashSet 的子类通过创建LinkedHashSet 的构造方法，实际是调用的HashSet的私有方法来进行初始化操作，其中的初始化其实直接对应的是LinkedHashMap这个类。

　　　　　　　　简单点说，实际上就是用LinkedHashMap 来进行实现的。底层是双向链表

LinkedHashSet:源代码截取

public class LinkedHashSet<E>
    extends HashSet<E>
    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable {
      public LinkedHashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
          super(initialCapacity, loadFactor, true);
      }
      public LinkedHashSet(int initialCapacity) {
           super(initialCapacity, .75f, true);
      }
      public LinkedHashSet() {
            super(16, .75f, true);
      }
}

HashSet 源代码截取：

public class HashSet<E>
    extends AbstractSet<E>
    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
    private transient HashMap<E,Object> map;    
    HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
        map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
    }
}

LinkedHashMap 源代码截取：

public class LinkedHashMap<K,V>
    extends HashMap<K,V>
    implements Map<K,V>
{
    static class 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);
        }
    }
}

TreeSet：底层使用TreeMap实现，是一个可以排序的set集合。可以定制排序和比较排序，即实现指定泛型类中实体属性自然排序，也可以通过构造函数来进行指定外部的比较器来进行比较排序。

　　　　需要注意的是，向TreeSet中添加的数据要是想同类型的。否则会报错。

public class CollectionTest {
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet treeSet = new TreeSet();
        treeSet.add("123");
        treeSet.add(123);

    }
}
//报错信息如下
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: java.lang.String cannot be cast to java.lang.Integer
    at java.lang.Integer.compareTo(Integer.java:52)
    at java.util.TreeMap.put(TreeMap.java:568)
    at java.util.TreeSet.add(TreeSet.java:255)
    at CollectionTest.main(CollectionTest.java:10)

　　如果不实现自然排序接口（Comparable），直接把值放进TreeSet 中还是会报错：

public class CollectionTest {
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet<User> treeSet = new TreeSet();
        treeSet.add(new User("Misaka",23));
        treeSet.add(new User("mikoto",24));
    }
}

Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: User cannot be cast to java.lang.Comparable
    at java.util.TreeMap.compare(TreeMap.java:1294)
    at java.util.TreeMap.put(TreeMap.java:538)
    at java.util.TreeSet.add(TreeSet.java:255)
    at CollectionTest.main(CollectionTest.java:9)

实现Comparable代码示例：

public class CollectionTest {
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet<User> treeSet = new TreeSet();
        treeSet.add(new User("mikoto",24));
        treeSet.add(new User("Misaka",23));
        Iterator<User> iterator = treeSet.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            User user = iterator.next();
            System.out.println(user);
        }
    }
}

//省略 get，set，toString，构造等模板代码
public class User implements Comparable{
    public int compareTo(Object o) {
        if (o instanceof User){
            User user = (User)o;
            Integer age = user.getAge();
            return  this.age.compareTo(age);
        }else {
            throw  new  RuntimeException("类型比较错误");
        }
    }
}

测试结果：
User{name='Misaka', age=23}
User{name='mikoto', age=24}

实现Comparator 外部比较器代码示例：

public class CollectionTest {
    public static void main(String[] args) {
        Comparator<User> comparator = new Comparator<User>() {
            public int compare(User o1, User o2) {
                return Integer.compare(o1.getAge(),o2.getAge());
            }
        };

        TreeSet<User> treeSet = new TreeSet(comparator);
        treeSet.add(new User("mikoto",24));
        treeSet.add(new User("Misaka",23));
        treeSet.add(new User("Misaka",3));
        treeSet.add(new User("Misaka",5));
        treeSet.add(new User("Misaka",6));
        treeSet.add(new User("Misaka",1));
        Iterator<User> iterator = treeSet.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            User user = iterator.next();
            System.out.println(user);
        }
    }
}

输出结果：
User{name='Misaka', age=1}
User{name='Misaka', age=3}
User{name='Misaka', age=5}
User{name='Misaka', age=6}
User{name='Misaka', age=23}
User{name='mikoto', age=24}