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javaSE中3个重点: 面向对象相关知识

集合类 (数据结构,线程)

多线程

次重点: 网络 (计网)

IO

常用类

异常

Java集合类概述

Java集合类位于java.util包中，主要用于存储和操作一组对象。根据数据结构和用途的不同，可分为三大类：List（有序可重复）、Set（无序唯一）和Map（键值对存储）。

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核心接口与实现类

List接口

• ArrayList：基于动态数组实现，随机访问效率高，但插入/删除元素时性能较低。

  List<String> list = new ArrayList<>();
  list.add("Java");
  list.get(0); // 访问元素
  
  

• LinkedList：基于双向链表实现，插入/删除效率高，但随机访问性能较差。
• Vector：线程安全的动态数组，性能较低，是线程安全的 。

Set接口

• HashSet：基于哈希表实现，元素无序，允许null值。

  Set<Integer> set = new HashSet<>();
  set.add(1);
  set.contains(1); // 检查元素  
  
  

• LinkedHashSet：维护插入顺序的HashSet。
• TreeSet：基于红黑树实现，元素自然排序或自定义排序。

Map接口

• HashMap：基于哈希表的键值对存储，非线程安全，允许null键/值。

  基本特点: 双列集合,键不能重复,值可以重复,可以有一个key为null 
  

  Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
  map.put("Key", 100);
  map.get("Key"); // 获取值  
  数据结构: 

源码

put方法源码分析

public V put(K key, V value) {//通过key计算哈希值return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}

static final int hash(Object key) {int h;                       为了减少哈希值冲突return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);}

 final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,boolean evict) {Node<K,V>[] tab; //哈希表Node<K,V> p; //记录之前int n, i; //n是哈希表长度, i是索引if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)n = (tab = resize()).length;//创建哈希表if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) // == 97%16 根据哈希值计算位置//如果该位置为null,则直接将key,value包装到一个node对象中,直接存放到第i个位的第一个tab[i] = newNode(hash, key, value, null);else {Node<K,V> e; K k;//判断key是否重复, 先判断哈希值(快),但是哈希有问题,值相同,但内容不同,//所以在哈希值相同时,需要调用equals(),判断内容是否相同.if (p.hash == hash &&((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))e = p;//当key不重复时,判断类型是树类型还是链表类型else if (p instanceof TreeNode)//已经是树类型,向红黑树上添加元素e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);else {//链表for (int binCount = 0; ; ++binCount) {if ((e = p.next) == null) {p.next = newNode(hash, key, value, null);//添加完成后,判断链表长度if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1sttreeifyBin(tab, hash);//转红黑树break;}if (e.hash == hash &&((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))break;p = e;}}if (e != null) { // existing mapping for keyV oldValue = e.value;if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)e.value = value;//key相同时,会用后面key的值,覆盖之前的相同的key的值afterNodeAccess(e);return oldValue;}}++modCount;if (++size > threshold)resize();afterNodeInsertion(evict);return null;}

重点参数:

哈希表长度: 默认是16

哈希表每次扩容原来 2 倍

哈希表的负载因子 0.75, 哈希表不会装满的,装满会影响查询效率,所以会牺牲一定的空间而换取查询效率

链表长度上限是 8 ,尝试将链表转为红黑树,但是不一定转成功, 还会判断哈希表长度,哈希表长度小于64

会先扩容哈希表,扩容后所有元素位置需要重新计算,这样链表会变短,

只有当链表长度大于等于8且哈希表长度大于64,链表才会转成红黑树.

当红黑树节点数量减少为6个时,红黑树退化成链表

• LinkedHashMap：维护插入顺序的HashMap。
• TreeMap：基于红黑树实现，键按自然顺序或比较器排序。
• Hashtable：线程安全的Map实现，已被ConcurrentHashMap取代。

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线程安全集合

• ConcurrentHashMap：分段锁实现的高并发Map。

ConcurrentHashMap是一个线程安全的map,加锁的方式与Hashtable不同

Hashtable直接在方法上加锁,一次只能有一个线程进入方法操作.

ConcurrentHashMap不是给方法加的锁,个每个哈希表中的位置加锁

ConcurrentHashMap 不支持存储 null 键和 null 值.
为了消除歧义
ConcurrentHashMap 不能 put null 是因为 无法分辨是 key 没找到的 null 还
是有 key 值为 null，这在多线程里面是模糊不清的，所以就不让 put null。
ConcurrentHashmap 和 Hashtable 都是支持并发的，这样会有一个问题，当
你通过 get(k)获取对应的 value 时，如果获取到的是 null 时，你无法判断，它
是 put（k,v）的时候 value 为 null，还是这个 key 从来没有做过映射。

• Collections.synchronizedXXX：通过工具类包装非线程安全集合（如Collections.synchronizedList()）。
• CopyOnWriteArrayList
  ArraayList 是线程不安全的,在高并发情况下可能会出现问题, Vector 是线
  程安全的。
  但是在很多应用场景中，读操作可能会远远大于写操作。由于读操作根本不
  会修改原有的数据，因此如果每次读取都进行加锁操作，其实是一种资源浪费。
  我们应该允许多个线程同时访问 List 的内部数据，毕竟读操作是线程安全的。
  JDK 中提供了 CopyOnWriteArrayList 类，将读取的性能发挥到极致，取是完
  全不用加锁的，并且更厉害的是：写入也不会阻塞读取操作，只有写入和写入之
  间需要进行同步等待，读操作的性能得到大幅度提升。
  CopyOnWriteArrayList 类的所有可变操作（add，set 等等）都是通过创建底
  层数组的新副本来实现的。当 List 需要被修改的时候，并不直接修改原有数组
  对象，而是对原有数据进行一次拷贝，将修改的内容写入副本中。写完之后，再
  将修改完的副本替换成原来的数据，这样就可以保证写操作不会影响读操作了。
  CopyOnWriteArraySet
  CopyOnWriteArraySet 的实现基于 CopyOnWriteArrayList,不能存储重复数
  据。
  辅助类
• CountDownLatch
  CountDownLatch 允许一个线程等待其他线程各自执行完毕后再执行。底层实
  现实现是通 AQS 来完成的.创建 CountDownLatch 对象时指定一个初始值是线
  程的数量。每当一个线程执行完毕后，AQS 内部的 state 就-1，当 state 的值为
  0 时，表示所有线程都执行完毕，然后在闭锁上等待的线程就可以恢复工作了。

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常用工具类

• Collections：提供排序、查找、同步等方法。

  Collections.sort(list); // 排序List  
  
  

• Arrays：数组操作工具，如Arrays.asList()转换数组为List。

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选择集合类的原则

1. 是否需要有序：选择List或LinkedHashSet/LinkedHashMap。
2. 是否需要唯一性：选择Set或Map的键。
3. 是否需要键值对：直接使用Map。
4. 是否考虑线程安全：选择ConcurrentHashMap或CopyOnWriteArrayList。

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性能对比

• ArrayList vs LinkedList：频繁查询用ArrayList，频繁增删用LinkedList。
• HashSet vs TreeSet：需要快速访问用HashSet，需要排序用TreeSet。
• HashMap vs TreeMap：类似HashSet与TreeSet的区别。

通过理解集合类的特性和适用场景，可以更高效地选择合适的数据结构。