当前位置：首页 > news >正文

Java 集合超详细教程

news 2025/8/21 9:59:47

一、集合的介绍

二、集合的框架

三、核心接口和常用实现类

1、Collection体系核心类

1.1、List接口（有序、可重复）

1.2、Set接口（无序、不可重复）

1.3、Queue接口（先进先出，FIFO）

2、Map体系核心类

四、集合常见问题

1、集合遍历

1、Collection和Collections的区别

2、集合遍历的方法

2、List

1、ArrayList的LinkedList的区别，

2、ArrayList和LinkedList的线程安全吗，如何保证线程安全？

3、ArrayList的扩容机制

3、Map

1、HashMap的实现原理

2、什么是哈希冲突，以及解决办法

3、HashMap是线程安全的嘛？

4、HashMap的put过程

5、HashMap的扩容机制

6、ConcurrentHashMap是怎么实现的，线程安全嘛（详细介绍ConcurrentHashMap的内部实现原理）

7、HashTable实现原理，是否是线程安全的

8、ConcurrentMap和HashTable的区别

本文不仅有常见集合的介绍，后面也有对HashMap以及ConcurrentHashMap的原理的详细介绍以及相关知识。

一、集合的介绍

集合是Java中用于存储多个数据元素的容器，并且相对于数组提供了动态扩容，元素增删改查、排序、筛选等便捷操作，提高了开发效率

和数组的区别？

对比维度	数组（Array）	集合（Collection）
长度	初始化后固定，无法动态扩容	长度动态变化，自动调整容量
存储元素类型	只能存同一种数据类型（或其子类）	可存不同类型（泛型出现后建议统一类型，更安全）
功能	仅支持通过索引访问，无内置工具方法	自带增删（add/remove）、查询（contains）、排序（sort）等方法
存储对象	基本类型（如 int）和对象都可存	只能存对象（基本类型需用包装类，如 Integer）

二、集合的框架

java集合框架主要分为两大体系（Collection和Map），先记清顶层接口和核心分支，避免后续混淆

Java 集合框架
├─ 1. Collection 接口（存储“单个元素”的集合）
│  ├─ List 子接口：有序、可重复、有索引（如 ArrayList、LinkedList）
│  ├─ Set 子接口：无序、不可重复（如 HashSet、TreeSet）
│  └─ Queue 子接口：队列（先进先出，FIFO），如 LinkedList（实现了 Queue）、PriorityQueue
│
└─ 2. Map 接口（存储“键值对（Key-Value）”的集合）├─ 普通 Map：如 HashMap（无序）、TreeMap（按 Key 排序）└─ 特殊 Map：如 Hashtable（线程安全，已过时）、ConcurrentHashMap（线程安全，推荐）

对应详细的结构如下：

（图片来源于网络）

关键区分：Collection 存 “单个元素”，Map 存 “键值对”，这是两大体系的核心差异。

三、核心接口和常用实现类

1、Collection体系核心类

1.1、List接口（有序、可重复）

核心特性：元素有固定顺序（按插入顺序），支持通过索引（如 get(0)）访问，允许存重复元素。

该接口有两个实现类：ArrayList，LinkedList

实现类	底层结构	优点	缺点	适用场景
ArrayList	动态数组	随机访问快（通过索引直接定位）	增删（尤其是中间位置）慢（需移动元素）	频繁查、少增删的场景（如列表展示）
LinkedList	双向链表	增删快（只需改指针，无需移动元素）	随机访问慢（需从头 / 尾遍历）	频繁增删、少查询的场景（如队列）

下面是简单的使用，具体其他api的使用，请参照文档~

ArrayList：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class ListExample {public static void main(String[] args) {// 创建一个 ArrayList 对象List<String> list = new ArrayList<>();// 添加元素list.add("apple");list.add("banana");list.add("cherry");// 访问元素System.out.println(list.get(1)); // 输出: banana// 修改元素list.set(2, "date");// 删除元素list.remove(0);// 遍历元素for (String fruit : list) {System.out.println(fruit);}}
}

LinkedList：

import java.util.LinkedList;public class LinkedListDemo {public static void main(String[] args) {// 1. 创建LinkedList（泛型为Integer，存整数）LinkedList<Integer> orderIds = new LinkedList<>();// 2. 核心操作（增删比ArrayList高效，查询仍用get，但效率低）orderIds.add(1001); // 末尾加orderIds.add(1002);orderIds.addFirst(1000); // 链表头部加（LinkedList特有方法）System.out.println("订单ID列表：" + orderIds); // 输出：[1000, 1001, 1002]orderIds.removeLast(); // 链表尾部删（特有方法）System.out.println("删除尾部后：" + orderIds); // 输出：[1000, 1001]// 3. 遍历（和ArrayList一致）System.out.println("遍历订单ID：");for (Integer id : orderIds) {System.out.println(id);}}
}

1.2、Set接口（无序、不可重复）

核心特性：元素无固定顺序（HashSet 完全无序，TreeSet 按元素大小排序），不允许存重复元素（判断重复的核心是 equals() 和 hashCode() 方法）。

该接口有三个实现类：HashSet，LinkedHashSet，TreeSet

集合类型	有序性	排序规则	底层结构	适用场景
HashSet	无序	无（哈希表随机存储）	哈希表（数组 + 链表 / 红黑树）	仅需去重，不关心顺序
LinkedHashSet	有序	插入顺序	哈希表 + 双向链表	去重且需保留插入顺序
TreeSet	有序	自然排序 / 自定义排序	红黑树	需要排序 + 去重的场景（如按价格排序商品）

特殊说明：HashSet 本身没有独立的哈希存储结构，而是内部持有一个 HashMap 实例，通过复用 HashMap 的功能实现 “去重集合” 的特性：对应的 Value 是一个固定的静态空对象（private static final Object PRESENT = new Object()），仅用于占位，不存储实际数据。

HashSet：

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;public class HashSetDemo {public static void main(String[] args) {// 1. 创建HashSet（存用户手机号，自动去重）Set<String> phoneNumbers = new HashSet<>();// 2. 核心操作：add（重复元素会自动过滤）phoneNumbers.add("13800138000");phoneNumbers.add("13900139000");phoneNumbers.add("13800138000"); // 重复元素，不会存入System.out.println("去重后的手机号：" + phoneNumbers); // 输出（顺序不固定，因为无序）：[13800138000, 13900139000]// 3. 查：判断是否包含（contains）boolean hasPhone = phoneNumbers.contains("13900139000");System.out.println("是否包含13900139000：" + hasPhone); // 输出：true// 4. 遍历（无索引，只能用增强for）System.out.println("遍历手机号：");for (String phone : phoneNumbers) {System.out.println(phone);}}
}

TreeSet：

public class TreeSetDemo {public static void main(String[] args) {// 1. 场景1：存商品价格，按自然顺序（从小到大）排序Set<Double> productPrices = new TreeSet<>();productPrices.add(99.9);productPrices.add(59.9);productPrices.add(129.9);System.out.println("商品价格（自然排序）：" + productPrices); // 输出：[59.9, 99.9, 129.9]// 2. 场景2：自定义排序（从大到小），需传ComparatorSet<Double> descPrices = new TreeSet<>((a, b) -> b.compareTo(a));descPrices.add(99.9);descPrices.add(59.9);descPrices.add(129.9);System.out.println("商品价格（倒序）：" + descPrices); // 输出：[129.9, 99.9, 59.9]}
}

Set<Double> descPrices = new TreeSet<>((a, b) -> b.compareTo(a));

解释下这段代码：这段代码的核心是 给 TreeSet 指定设置自定义排序规则，让元素按 “从大到小” 排序（默认是从小到大）

如果想自定义排序（比如从大到小），需要在创建 TreeSet 时传入一个 比较器（Comparator），告诉集合 “如何比较两个元素的大小”。

Comparator 是一个接口，里面有一个核心方法 compare(a, b)，用于定义两个元素 a 和 b 的比较规则：

若返回 正数，排序规则是a在后，b在前
若返回 负数，排序规则是a在前，b在后。
若返回 0：表示 a == b

代码中的 (a, b) -> b.compareTo(a) 是一个 lambda 表达式，等价于以下完整的 Comparator 实现：

// 完整写法（和lambda表达式效果完全一致）
Comparator<Double> descComparator = new Comparator<Double>() {@Overridepublic int compare(Double a, Double b) {// 核心逻辑：用 b 比 a（默认是 a 比 b）return b.compareTo(a); }
};
Set<Double> descPrices = new TreeSet<>(descComparator);

Double 类自带的 compareTo 方法默认是 a.compareTo(b)（返回 a - b 的符号），表示 a 比 b；若a > b，则返回正数，此时排序规则是a在后，b在前，意味着大的数排在后面，小的数排在前面，这就是降序排序了。
而 b.compareTo(a) 则是 b 比 a（返回 b - a 的符号），因此实现了 “从大到小” 的排序。

1.3、Queue接口（先进先出，FIFO）

核心特性：模拟 “队列” 数据结构，元素从队尾加入（offer()），从队头取出（poll()），默认先进先出。

该接口有两个实现类：LinkedList、PriorityQueue

LinkedList：同时实现了 List 和 Queue，可作为 “普通队列” 使用；

PriorityQueue：优先级队列，不按插入顺序，而是按元素优先级（自然顺序 / 自定义比较器）取出，底层是堆结构。

LinkedList：

public class QueueDemo {public static void main(String[] args) {// 1. 创建Queue（用LinkedList实现，存任务ID，FIFO）Queue<String> taskQueue = new LinkedList<>();// 2. 核心操作：入队（add,offer）、出队（poll）、看队首（peek）taskQueue.add("任务1"); // 入队taskQueue.offer("任务2");taskQueue.offer("任务3");System.out.println("队列当前：" + taskQueue); // 输出：[任务1, 任务2, 任务3]String firstTask = taskQueue.peek(); // 看队首（不删除）System.out.println("队首任务：" + firstTask); // 输出：任务1String doneTask = taskQueue.poll(); // 出队（删除并返回队首）System.out.println("完成的任务：" + doneTask); // 输出：任务1System.out.println("出队后队列：" + taskQueue); // 输出：[任务2, 任务3]}
}

PriorityQueue：

public class PriorityQueueDemo {public static void main(String[] args) {// 1. 创建优先级队列，传入自定义比较器（成绩从高到低）//    泛型是 Student 类，存储学生姓名和成绩PriorityQueue<Student> studentQueue = new PriorityQueue<>(new Comparator<Student>() {@Overridepublic int compare(Student s1, Student s2) {// 核心规则：s2的成绩 - s1的成绩（高成绩优先）return s2.getScore() - s1.getScore();}});// 2. 添加学生（成绩不同）studentQueue.add(new Student("张三", 80));studentQueue.add(new Student("李四", 95));studentQueue.add(new Student("王五", 88));// 3. 出队（按优先级：成绩高的先出队）System.out.println("处理顺序（成绩从高到低）：");while (!studentQueue.isEmpty()) {Student student = studentQueue.poll(); // 取出优先级最高的元素System.out.println(student.getName() + "，成绩：" + student.getScore());}}// 学生类（存储姓名和成绩）static class Student {private String name;private int score;public Student(String name, int score) {this.name = name;this.score = score;}// getter方法public String getName() { return name; }public int getScore() { return score; }}
}

2、Map体系核心类

核心特性：

存储 Key-Value 键值对，Key 唯一（不允许重复，重复会覆盖旧值），Value 可重复；
定位 Value 需通过 Key（类似 “字典查字”，Key 是 “字”，Value 是 “释义”）；
核心方法：put(Key, Value)（存）、get(Key)（取）、containsKey(Key)（判断键是否存在）。

该接口主要有五个实现类：HashMap、TreeMap、LinkedHashMap、ConcurrentHashMap、HashTable

实现类	底层结构	核心特点	线程安全？	适用场景
HashMap	哈希表（数组 + 链表 / 红黑树）	无序、查询 / 存值效率高（O (1)）	否	单线程下，无需排序的键值对存储（如存用户 ID - 用户信息）
TreeMap	红黑树	按 Key 自然顺序 / 自定义顺序排序	否	需要按 Key 排序的键值对（如按日期存日志）
LinkedHashMap	哈希表+双链表	按插入顺序排序	否	需保留顺序的键值对（如 LRU 缓存）
ConcurrentHashMap	哈希表（分段锁 / CAS）	线程安全，效率比 Hashtable 高	是	多线程场景（如并发环境下的缓存）
Hashtable	哈希表	线程安全（全表锁），已过时	是	不推荐，用 ConcurrentHashMap 替代

HashMap：

public class HashMapDemo {public static void main(String[] args) {// 1. 创建HashMap（存用户ID→用户姓名，Key是Integer，Value是String）Map<Integer, String> userIdToName = new HashMap<>();// 2. 核心操作：存（put）、取（get）、改（put覆盖）、删（remove）、判断Key存在userIdToName.put(101, "张三"); // 存键值对userIdToName.put(102, "李四");userIdToName.put(101, "张三三"); // Key重复，覆盖原ValueSystem.out.println("用户映射：" + userIdToName); // 输出（顺序不固定）：{101=张三三, 102=李四}String userName = userIdToName.get(102); // 按Key取ValueSystem.out.println("用户102的姓名：" + userName); // 输出：李四boolean hasUserId = userIdToName.containsKey(103); // 判断Key是否存在System.out.println("是否有用户103：" + hasUserId); // 输出：false// 3. 遍历（推荐entrySet，一次取Key和Value）System.out.println("遍历用户：");for (Map.Entry<Integer, String> entry : userIdToName.entrySet()) {Integer id = entry.getKey();String name = entry.getValue();System.out.println("用户ID：" + id + "，姓名：" + name);}}
}

TreeMap：

public class TreeMapDemo {public static void main(String[] args) {// 1. 创建TreeMap（存学生成绩，按Key（学号）自然排序）Map<String, Integer> studentScore = new TreeMap<>();// 2. 核心操作：put（按Key排序）studentScore.put("2024003", 95);studentScore.put("2024001", 88);studentScore.put("2024002", 92);System.out.println("学生成绩（按学号排序）：" + studentScore); // 输出：{2024001=88, 2024002=92, 2024003=95}// 3. 遍历（按Key顺序）System.out.println("遍历学生成绩：");for (Map.Entry<String, Integer> entry : studentScore.entrySet()) {System.out.println("学号：" + entry.getKey() + "，成绩：" + entry.getValue());// 输出: 学号：2024001，成绩：88// 学号：2024002，成绩：92// 学号：2024003，成绩：95}}
}

四、集合常见问题

以上是对常用集合基本的介绍，下面是集合中常见的常见的问题

1、集合遍历

1、Collection和Collections的区别

Collection是Java集合框架的接口，它是所有集合类的基础接口，它定义了一组通用的操作方法，如添加和删除遍历等。Collection有很多实现类，如List、Set、Queue等

Collections是Java提供的一个工具类，在java.util包中，它提供了一些静态方法，用于对集合进行操作和一些算法，包括排序，查找，替换、反转、随机化等。这些可以对实现了Collection接口的集合进行操作，如List和Set

2、集合遍历的方法

这里列举常用的三种方法：

1、普通for循环：可以使用带有索引的普通 for 循环来遍历 List。

适用场景：List 集合需按索引操作（如反向遍历、修改元素）

List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("A", "B", "C"));// 正向遍历
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {System.out.println(list.get(i)); // 输出：A → B → C
}// 反向遍历（普通 for 循环优势）
for (int i = list.size() - 1; i >= 0; i--) {System.out.println(list.get(i)); // 输出：C → B → A
}

2、增强for循环（最常用）

原理：基于迭代器（Iterator）实现，语法简化，无需手动处理索引或迭代器操作

缺点：遍历中不能修改集合结构（如 add/remove，会抛 ConcurrentModificationException）。

适用场景：仅需读取元素，不修改集合。

// List 示例
List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("A", "B", "C"));
for (String elem : list) {System.out.println(elem); // 输出：A → B → C
}// Set 示例（无索引，增强 for 是首选）
Set<Integer> set = new HashSet<>(Arrays.asList(1, 2, 3));
for (Integer num : set) {System.out.println(num); // 输出顺序不固定（HashSet 无序）
}

3、Iterator迭代器遍历

原理：Collection 接口的 iterator() 方法返回迭代器，通过 hasNext()（判断是否有下一个元素）和 next()（获取下一个元素）遍历。

适用场景：遍历中需要删除元素。

List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("A", "B", "C"));
Iterator<String> iterator = list.iterator();while (iterator.hasNext()) {String elem = iterator.next(); // 必须先调用 next()，再调用 remove()if ("B".equals(elem)) {iterator.remove(); // 安全删除，不会抛异常}System.out.println(elem); // 输出：A → B → C
}
System.out.println("删除后 list：" + list); // 输出：[A, C]

4、使用forEach方法

forEach 是 Java 8 引入的增强遍历方法，支持通过 lambda 表达式实现函数式编程风格的遍历

过程如下：

遍历 list 中的每个元素（顺序与 List 一致，如 ArrayList 按插入顺序）；
把每个元素作为参数，传递给后面的 “处理逻辑”；
最终执行 System.out.println(元素)，实现打印效果。

// 示例：遍历 List
List<String> list = Arrays.asList("A", "B", "C");
list.forEach(elem -> System.out.println(elem)); // 输出：A → B → C
list.forEach(System.out::println);//这种写法也可以，方法引用// 示例：遍历 Set
Set<Integer> set = new HashSet<>(Arrays.asList(1, 2, 3));
set.forEach(num -> System.out.println(num)); // 输出：1 → 2 → 3（HashSet 顺序不固定）

2、List

1、ArrayList的LinkedList的区别，

底层数据结构：ArrayList是数组实现，LinkedList内部使用双链表实现
随机访问效率：ArrayList是数组实现，底层空间是连续的，随机访问效率高；LinkedList 低
增加和删除效率：ArrayList需要移动元素，效率低；LinkedList直接改变指针指向，效率高
空间占用：ArrayList只存储元素，占空间较小；LinkedList除了本身数据，还有前后指针，大
使用场景：ArrayList适合频繁随机访问场景；LinkedList适合频繁插入或删除的操作

2、ArrayList和LinkedList的线程安全吗，如何保证线程安全？

不安全

在高并发场景下：

1、数据不一致问题

如add，代码简化如下：

public boolean add(E e) {ensureCapacityInternal(size + 1);  // 确定是否需要扩容elementData[size++] = e;return true;}

假设此时size为5，线程A和B同时进行add操作，当线程A执行set 语句后，还没来得及执行size++，CPU让出执行权，线程B也执行set语句，此时会将线程A set的值给覆盖掉，但是线程A和B在此之后都会执行size++，所以size实际上是7，但两个线程实际上只操作了size=6时的值，造成了size=7的值是null，

2、数组索引越界异常

还是刚才的例子，假设此时size=6，容量为7时需要扩容。线程A经过扩容函数那里发现size=6，不需要扩容，cpu让出执行权，线程B也经过扩容那里，size=6也不需要扩容，这时候的数组容量就是7，线程A set完以后 size++，此时size=7；此时线程B在来set数据时便会出错，因为size=7，数组的大小也是7，所以线程B设置的下标索引为7的就会越界（因为数组下标索引从0开始）

3、扩容时的并发问题

如果一个线程在扩容，而另外一个线程还试图访问未完全复制的数据，可能会抛出ArrayIndexOutOfBoundsException或NullPointerException异常

如何保证线程安全：

1、使用Collections类中的synchronizedList方法将ArrayList包装成线程安全的List

List<String> synchronizedList = Collections.synchronizedList(arrayList);

2、使用CopyOnWriteArrayList类替代ArrayList，它是一个线程安全的实现

它的原理是在写入操作（如 add、remove）时，会先复制一份原数组，在新数组上进行操作，操作完成后再将新数组赋值给原数组引用。读取操作则直接从原数组进行，由于读操作不需要加锁，所以读性能较高，适合读多写少的场景。

CopyOnWriteArrayList<String> copyOnWriteArrayList = new CopyOnWriteArrayList<>(arrayList);

3、使用Vector类代替ArrayList，Vector是线程安全的List实现

Vector<String> vector = new Vector<>(arrayList);

3、ArrayList的扩容机制

ArrayList 基于动态数组实现，默认初始容量为 10。添加元素时，若当前元素个数（size）加 1 超过数组容量，会触发扩容：

先计算新容量（原容量增加一半，即1.5倍原容量），若 新容量小于所需最小容量则取最小容量，再检查是否超过最大数组大小（超过则调整为 Integer.MAX_VALUE 或指定最大值），最后通过 Arrays.copyOf 复制原数组元素到新数组完成扩容。

新容量小于所需最小容量则取最小容量：如果是通过 addAll 一次性添加多个元素（比如当前容量 10，要添加 6 个元素，minCapacity = 10 + 6 = 16），此时默认扩容后的 15 小于 16，就会将新容量直接设为 16，确保能容纳所有新增元素。

3、Map

1、HashMap的实现原理

HashMap是基于数组 + 链表/红黑树来实现的（红黑树优化是jdk1.8以后才加上的）

底层结构是Node[] table（哈希数组），每个Node存储K-V键值对以及next指针（用于处理哈希冲突）

当桶中的链表长度 > 8 且数组容量 >=64时，桶中的链表会转化为红黑树（查询复杂度从o(N)变为O(logN),避免链表过长导致性能退化）；同时当红黑树节点数<6时，会再转为链表

2、什么是哈希冲突，以及解决办法

哈希算法是将key通过算法映射到哈希桶中固定的索引，但不同key可能通过哈希运算得到相同的索引，这种现象叫做哈希冲突

主要下面两种方法：

链地址法（拉链法）：这是hashmap的核心方法，当发生冲突时，将相同索引的Node以链表的形式串联，后续查询时遍历该索引下的链表/红黑树即可找到目标key
开放地址法：当冲突发生时，通过固定规则（如线性探测、二次探测）寻找数组中下一个空闲的位置存储数据

3、HashMap是线程安全的嘛？

不安全

1、数据覆盖：如两个线程同时执行put操作，若对同一索引的node修改，可能导致后写入的数据覆盖先写入的数据

因此，HashMap仅适用于单线程或无并发修改的场景，高并发场景需使用ConcurrentHashMap或通过Collections.synchronizedMap(new HashMap<>())包装（性能较低）

2、红黑树插入或删除进行旋转操作时，多线程情况下会造成结构混乱

3、jdk1.7以前由于采用数组+链表，且链表插入是头插，可能会造成链表死循环问题；而jdk1.8的链表采用了尾插法，不会再造成死循环了。

4、HashMap的put过程

整体流程是：定位索引——> 处理冲突 ——> 插入数据 ——>判断扩容

通过计算key的哈希值，定位到对应的索引
若索引位置为null，注解新建Node并插入到该位置
若不为null（发生冲突）：1、若该Node是红黑树结点，则调用红黑树的insert方法插入结点
若该Node是链表，则直接尾插链表并判断链表长度是否大于8，若超过且数组长度>64，则将链表转化为红黑树
判断扩容：插入完成后，若size超过负载值（table.length × loadFactor），则进行扩容

5、HashMap的扩容机制

计算新容量：若原数组为0（未初始化），则新容量设为默认容量16；若已经初始化，则新容量设为设为 旧容量的2倍
创建新容量大小的数组
遍历原来的table数组，将其中每个键值对重新计算哈希码并映射到新数组中
更新HashMap的数组引用，以及容量大小，完成扩容

6、ConcurrentHashMap是怎么实现的，线程安全嘛（详细介绍ConcurrentHashMap的内部实现原理）

在 JDK 1.7 中它使用的是数组加链表的形式实现的，而数组又分为：大数组 Segment 和小数组 HashEntry。

Segment 是一种可重入锁（ReentrantLock），在 ConcurrentHashMap 里扮演锁的角色；HashEntry 则用于存储键值对数据。一个 ConcurrentHashMap 里包含一个 Segment 数组，一个 Segment 里包含一个 HashEntry 数组，每个 HashEntry 是一个Node类型链表结构的元素。

图片来源于网络

我们可以看到，ConcurrentHashMap定位一个元素的过程需要进行两次Hash操作。

第一次Hash，定位到Segment；第二次Hash，定位到元素所在的链表的头部。

这样有好处也有坏处

好处：

写操作的时候可以只对元素所在的Segment进行加锁即可，不会影响到其他的Segment，这样，在最理想的情况下，ConcurrentHashMap可以最高同时支持Segment数量大小的写操作（刚好这些写操作都非常平均地分布在所有的Segment上）。

坏处：

这一种结构的带来的副作用是Hash的过程要比普通的HashMap时间要长

在JDK1.8中，其内部结构发生了变化，参考了JDK8 HashMap的实现，采用了数组+链表+红黑树的实现方式来设计，如下图所示：

ConcurrentHashMap摒弃了JDK 1.7的 “分段锁（Segment）” 机制，采用了“CAS+synchronized”实现更细粒度的锁，底层结构和HashMap类似，核心优化点：

JDK 1.8 的 ConcurrentHashMap，其实是靠 “只锁链表 / 红黑树的头节点” 来保证线程安全的。跟以前的 “分段锁” 比，锁的范围小很多，很少会出现多个线程抢同一把锁的情况，所以并发操作时速度更快。

具体怎么操作元素的呢？分两种情况：

如果要往某个位置放元素，先算好这个元素该放在哪个桶里。要是这个桶的位置是空的，就用 CAS 这种 “无锁操作” 直接把元素放进去，不用等锁；
要是算出来的桶位置不是空的（已经有元素了），就用 synchronized 把这个桶的 “头节点” 锁上 —— 这样其他线程就改不了这个桶里的内容了。接着遍历桶里的元素：该替换的替换，该加新元素的加，最后再检查桶里元素是不是太多，是否需要改成红黑树。

最后补个开头的小步骤：在加元素之前，还得先看看整个 ConcurrentHashMap 容器是不是空的。要是空的，就用 volatile 保证可见性，再用 CAS 无锁初始化容器，避免多个线程重复初始化。

CAS 是 “Compare-And-Swap”（比较并交换） 的缩写，它是一种并发编程中的原子操作机制。

CAS 负责保证多线程环境下对共享变量的修改是原子性的

它的工作逻辑很简单，包含三个核心参数：

内存地址 V：要修改的共享变量在内存中的位置；
预期值 A：线程认为当前变量应该有的值（修改前的 “快照”）；
新值 B：线程想要把变量改成的值。

操作过程：
线程会先检查 “内存地址 V 中的实际值” 是否等于 “预期值 A”：

如果相等，说明没人改过这个变量，直接把它改成新值 B；
如果不相等，说明变量已经被其他线程改过了，当前线程放弃修改（或重试），不做任何操作。

volatile 是 Java 中的一个关键字，核心作用是保证共享变量在多线程环境下的 “可见性” 和 “有序性”，但不保证原子性

多线程下，CPU 和内存的交互有两个默认优化，会导致线程读不到变量的 “最新值”，volatile 就是用来禁止这些优化的：

CPU 缓存导致的 “可见性” 问题
每个线程运行时，会把共享变量从内存 “拷贝” 到自己的 CPU 缓存里操作。如果变量没加 volatile，线程改完缓存里的值后，不会立刻同步回内存；其他线程也不会主动从内存刷新最新值，就会出现 “线程 A 改了值，线程 B 却读到老数据” 的情况。
volatile 会强制：线程修改变量后，必须立刻把缓存同步回内存；其他线程读变量前，必须先从内存刷新最新值 —— 保证变量对所有线程 “实时可见”。
编译器 / CPU 导致的 “有序性” 问题
为了提高效率，编译器或 CPU 会对 “没有依赖关系” 的代码指令重排顺序（比如把 int a=1; int b=2; 改成 int b=2; int a=1;）。单线程下没问题，但多线程下可能错乱：
比如代码逻辑是 “先初始化变量（init=true），再启动线程用变量”，指令重排后可能变成 “先启动线程，再初始化变量”，导致线程拿到未初始化的变量。
volatile 会禁止这种重排，保证变量相关的指令 “按代码顺序执行”。

所以初始化ConcurrentHashMap时需要使用volatile和CAS共同保证。

7、HashTable实现原理，是否是线程安全的

1、实现原理：

HashTable是 Java 早期的哈希表实现（JDK 1.0 引入），底层基于数组 + 链表（无红黑树优化）

特点：不允许key或value为null（否则抛出NullPointerException），而HashMap允许key为null（仅 1 个）、value为null。

2、线程安全

线程安全，但并发效率低。HashTable的线程安全是通过在所有public方法上synchronized关键字实现的（如put、get、remove），这意味着：无论线程操作哪个索引的结点，都会锁定整个HashTable对象，导致多线程并发时大量线程阻塞，性能远低于ConcurrentHashMap。

8、ConcurrentMap和HashTable的区别

对比维度	ConcurrentHashMap（JDK 1.8）	HashTable
锁粒度	局部锁（锁定单个 Node / 红黑树根节点）	全局锁（锁定整个对象）
并发效率	高（多线程可操作不同索引，冲突少）	低（多线程竞争同一把锁，易阻塞）
底层结构	数组 + 链表 / 红黑树（JDK 1.8 优化）	数组 + 链表（无红黑树优化）
容量与扩容	初始容量 16（2 的幂），扩容为 2 倍	初始容量 11（非 2 的幂），扩容为 2 倍 + 1
空值支持	允许 value 为 null，不允许 key 为 null	不允许 key 和 value 为 null
同步机制	CAS + synchronized + volatile	synchronized（方法级）
适用场景	高并发场景（如分布式系统、秒杀业务）	低并发场景（已逐渐被淘汰）