Java之集合架構匯總分析

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一：架構圖

 

二：架構分析

（0）點線框表示介面，實線框表示具體的類。

（1）常用的List、Set、Queue、Map都屬於集合類。前三個都是繼承自Collection，但是Map不是。

（2）List不僅可以產生普通的Iterator（因為繼承自Collection），還能產生ListIterator。

（3）常用的類ArrayList、LinkedList、HashSet、HashMap。這幾個類請好好研讀JDK源碼

（4）其它需要好好掌握的容器：CopyOnWriteArrayList、TreeSet、TreeMap、HashTable、LinkedHashMap、ConcurrentHashMap。

 

三：容器分析

（1）ArrayList

（1.1）底層使用一個Object數組來實現。get和set操作基於這個數組。

（1.2）List在遍曆的時候，如果被修改了會拋出java.util.ConcurrentModificationException異常。

 

（2）LinkedList

底層採用採用一個first和last的Node<E>節點，通過鏈表來實現。

 

（3）Hashmap

（3.1）底層採用Node<K,V>[] table 的數組+鏈表的形式來實現。

（3.2）key和value都可以為NULL。

（3.3）是線程不安全的。

 

（4）HashSet

底層採用HashMap來實現。

其中value使用private static final Object PRESENT = new Object()來表示。

 

（5）CopyOnWriteArrayList

（5.1）底層資料結構

final transient ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

private transient volatile Object[] array;

（5.2）基本操作

get(int index)操作直接取數組對應的元素。

set(int index, E element) 操作按如下步驟：

• 調用lock.lock()
• 取index處對應的元素oldValue
• 如果oldValue和element不等，則複製原數組，然後設定index處的值為element，最後原數組指向新數組。
• 如果相等，原數組還是指向原數組。
• lock.unlock()

 

（6）TreeMap

（6.1）繼承自AbstractMap<K,V>，實現了NavigableMap<K,V>

（6.2）底層使用紅/黑樹狀結構實現，有一個比較子來比較元素的排列順序，元素是有序的。

（6.3）key不能為NULL，value可以為NULL。key不能為null是因為key之間需要比較大小。

 

（7）TreeSet

底層使用TreeMap來實現。

 

（8）HashTable

（8.1）put和get方法都用synchronized修飾

（8.2）底層是Entry<?,?>[] table，也是數組+鏈表的形式來實現。

（8.3）put操作中會檢查value是否為null，是則拋出NullPointerException。put操作中會調用key.hashCode()，所以key不能為null。綜上，key和value都不能為null。

 

（9）LinkedHashMap

（9.1）繼承自HashMap，增加了一個額外的雙向鏈表維護key插入和訪問的有序性。

（9.2）內部的Entry<K,V>基礎自HashMap.Node<K,V>，並增加了兩個節點： Entry<K,V> before, after。

（9.3）包含LinkedHashMap.Entry<K,V> head和LinkedHashMap.Entry<K,V> tail。

（9.4）key和value都可以為null。

 

（10）ConcurrentHashMap

（10.1）JDK6和JDK7中採用分段鎖的設計。採用segment數組和HashEntry數組的資料結構組成，segment是一種可重新進入鎖ReentrantLock。預設segment數組大小為16。

 

（10.2）是否需要擴容：在插入元素之前，會判斷Segment裡的HashEntry數組是否超過閾值（threshold）。如果超過閥值，則需要進行擴容。而HashMap是put後才判斷。

（10.3）如何擴容：ConcurrentHashMap擴容不是針對整個容器，而是針對Segment。新建立的HashEntry數組大小是原來的兩倍。

（10.4）put操作步驟

• 為key做Hash運算，得到hash值。
• 通過hash值，定位到具體的Segment對象
• 擷取可重新進入鎖
• 再次通過hash值，定位到Segment中HashEntry數組的具體位置。
• 插入或覆蓋HashEntry對象。
• 釋放鎖。

（10.5）JDK8之後使用CAS演算法

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