java集合类的底层类是哪个

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详细解析

一、Collection 系列

1. List (有序、可重复)

• ArrayList：

  • 底层：动态数组 (Object[] elementData)
  • 特点：随机访问快(O(1))，尾部插入快；但在中间插入或删除元素时，需要移动后续所有元素，效率低(O(n))。需要扩容。

• LinkedList：

  • 底层：双向链表
  • 特点：由一系列节点通过指针连接而成。每个节点(Node<E>)包含实际元素(item)、指向前一个节点的引用(prev)和指向后一个节点的引用(next)。
  • 特点：插入和删除快(O(1))，只需要修改指针；但随机访问慢(O(n))，需要从头或尾遍历。

• Vector：

  • 底层：和 ArrayList 一样，也是动态数组。
  • 特点：它是线程安全的（几乎所有方法都用 synchronized 修饰），但因此性能较差。现在已很少使用，通常用 Collections.synchronizedList 或 CopyOnWriteArrayList 替代。

2. Set (无序、不可重复)

Set 的底层实现基本都是基于对应的 Map，其元素就是 Map 的 Key，而 Value 则是一个统一的 PRESENT 常量对象。

• HashSet：

  • 底层：基于 HashMap 实现。
  • 特点：无序，允许一个 null 元素。查询效率非常高(O(1))。

• LinkedHashSet：

  • 底层：继承自 HashSet，但内部通过 LinkedHashMap 实现。
  • 特点：既保证了元素的唯一性，又维护了元素的插入顺序。

• TreeSet：

  • 底层：基于 TreeMap（红黑树）实现。
  • 特点：元素可以按照自然顺序或者自定义的比较器(Comparator)进行排序。

3. Queue/Deque (队列)

• PriorityQueue：
  • 底层：基于数组实现的二叉堆（通常是小顶堆）。
  • 特点：元素根据优先级出队，而不是插入顺序。
• ArrayDeque：
  • 底层：循环数组。
  • 特点：作为栈或队列使用时，性能通常优于 Stack 和 LinkedList。

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二、Map 系列 (键值对)

• HashMap (最常用)：

  • JDK 1.7 底层：数组 + 链表
  • JDK 1.8+ 底层：数组 + 链表 / 红黑树
    • 当链表长度超过阈值（默认为8）时，会将链表转换为红黑树，以提高查询效率(O(log n))。
    • 当红黑树节点数小于阈值（默认为6）时，会退化为链表。
  • 特点：允许 null key 和 null value，无序，非线程安全。

• LinkedHashMap：

  • 底层：继承自 HashMap，在其数组+链表/红黑树的基础上，额外维护了一个双向链表来记录元素的插入顺序或访问顺序。
  • 特点：可以保持元素的插入顺序或实现 LRU（最近最少使用） 缓存。

• TreeMap：

  • 底层：红黑树
  • 特点：Key 可以根据自然顺序或比较器进行排序。

• Hashtable：

  • 底层：和 JDK7 的 HashMap 类似，是数组+链表。
  • 特点：线程安全（方法用 synchronized 修饰），但性能差。不允许 null key 和 value。是遗留类，不推荐使用。

• ConcurrentHashMap：

  • 底层：在 JDK8 之后，和 HashMap 一样，采用 数组 + 链表 / 红黑树。
  • 特点：线程安全，但实现机制更优。它使用 CAS + synchronized（只锁住数组的某一个桶（链表或树））来保证并发安全，性能远高于 Hashtable。

集合类	底层数据结构	特点
ArrayList	动态数组	查询快，增删慢（中间）
LinkedList	双向链表	增删快，查询慢
HashSet	基于HashMap	无序，唯一
HashMap	数组 + 链表 / 红黑树	键值对，无序，高效
LinkedHashMap	HashMap + 双向链表	保持插入或访问顺序
TreeMap	红黑树	Key 可排序
ConcurrentHashMap	数组 + 链表 / 红黑树	线程安全的 HashMap

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