資訊專欄INFORMATION COLUMN
摘要：若遇到哈希沖突，則將沖突的值加到鏈表中即可。之后相比于之前的版本，之后在解決哈希沖突時(shí)有了較大的變化，當(dāng)鏈表長度大于閾值默認(rèn)為時(shí)，將鏈表轉(zhuǎn)化為紅黑樹，以減少搜索時(shí)間。有序，唯一紅黑樹自平衡的排序二叉樹。
本文是“最最最常見Java面試題總結(jié)”系列第三周的文章。
主要內(nèi)容：Arraylist 與 LinkedList 異同
ArrayList 與 Vector 區(qū)別
HashMap的底層實(shí)現(xiàn)
HashMap 和 Hashtable 的區(qū)別
HashMap 的長度為什么是2的冪次方
HashSet 和 HashMap 區(qū)別
ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的區(qū)別
ConcurrentHashMap線程安全的具體實(shí)現(xiàn)方式/底層具體實(shí)現(xiàn)
集合框架底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)總結(jié)
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Arraylist 與 LinkedList 異同1. 是否保證線程安全： ArrayList 和 LinkedList 都是不同步的，也就是不保證線程安全；
2. 底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： Arraylist 底層使用的是Object數(shù)組；LinkedList 底層使用的是雙向循環(huán)鏈表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；
3. 插入和刪除是否受元素位置的影響： ① ArrayList 采用數(shù)組存儲(chǔ)，所以插入和刪除元素的時(shí)間復(fù)雜度受元素位置的影響。 比如：執(zhí)行add(E e) 方法的時(shí)候， ArrayList 會(huì)默認(rèn)在將指定的元素追加到此列表的末尾，這種情況時(shí)間復(fù)雜度就是O(1)。但是如果要在指定位置 i 插入和刪除元素的話（add(int index, E element) ）時(shí)間復(fù)雜度就為 O(n-i)。因?yàn)樵谶M(jìn)行上述操作的時(shí)候集合中第 i 和第 i 個(gè)元素之后的(n-i)個(gè)元素都要執(zhí)行向后位/向前移一位的操作。 ② LinkedList 采用鏈表存儲(chǔ)，所以插入，刪除元素時(shí)間復(fù)雜度不受元素位置的影響，都是近似 O（1）而數(shù)組為近似 O（n）。
4. 是否支持快速隨機(jī)訪問： LinkedList 不支持高效的隨機(jī)元素訪問，而ArrayList 實(shí)現(xiàn)了RandmoAccess 接口，所以有隨機(jī)訪問功能?？焖匐S機(jī)訪問就是通過元素的序號(hào)快速獲取元素對象(對應(yīng)于get(int index) 方法)。
5. 內(nèi)存空間占用： ArrayList的空 間浪費(fèi)主要體現(xiàn)在在list列表的結(jié)尾會(huì)預(yù)留一定的容量空間，而LinkedList的空間花費(fèi)則體現(xiàn)在它的每一個(gè)元素都需要消耗比ArrayList更多的空間（因?yàn)橐娣胖苯雍罄^和直接前驅(qū)以及數(shù)據(jù)）。
補(bǔ)充：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之雙向鏈表雙向鏈表也叫雙鏈表，是鏈表的一種，它的每個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)中都有兩個(gè)指針，分別指向直接后繼和直接前驅(qū)。所以，從雙向鏈表中的任意一個(gè)結(jié)點(diǎn)開始，都可以很方便地訪問它的前驅(qū)結(jié)點(diǎn)和后繼結(jié)點(diǎn)。一般我們都構(gòu)造雙向循環(huán)鏈表，如下圖所示，同時(shí)下圖也是LinkedList 底層使用的是雙向循環(huán)鏈表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
ArrayList 與 Vector 區(qū)別Vector類的所有方法都是同步的。可以由兩個(gè)線程安全地訪問一個(gè)Vector對象、但是一個(gè)線程訪問Vector的話代碼要在同步操作上耗費(fèi)大量的時(shí)間。
Arraylist不是同步的，所以在不需要保證線程安全時(shí)時(shí)建議使用Arraylist。
HashMap的底層實(shí)現(xiàn) JDK1.8之前JDK1.8 之前 HashMap 由 數(shù)組+鏈表 組成的（“鏈表散列” 即數(shù)組和鏈表的結(jié)合體），數(shù)組是 HashMap 的主體，鏈表則是主要為了解決哈希沖突而存在的（HashMap 采用 “拉鏈法也就是鏈地址法” 解決沖突），如果定位到的數(shù)組位置不含鏈表（當(dāng)前 entry 的 next 指向 null ）,那么對于查找，添加等操作很快，僅需一次尋址即可；如果定位到的數(shù)組包含鏈表，對于添加操作，其時(shí)間復(fù)雜度依然為 O(1)，因?yàn)樽钚碌?Entry 會(huì)插入鏈表頭部，急需要簡單改變引用鏈即可，而對于查找操作來講，此時(shí)就需要遍歷鏈表，然后通過 key 對象的 equals 方法逐一比對查找.
所謂 “拉鏈法” 就是將鏈表和數(shù)組相結(jié)合。也就是說創(chuàng)建一個(gè)鏈表數(shù)組，數(shù)組中每一格就是一個(gè)鏈表。若遇到哈希沖突，則將沖突的值加到鏈表中即可。JDK1.8之后
相比于之前的版本， JDK1.8之后在解決哈希沖突時(shí)有了較大的變化，當(dāng)鏈表長度大于閾值（默認(rèn)為8）時(shí)，將鏈表轉(zhuǎn)化為紅黑樹，以減少搜索時(shí)間。
TreeMap、TreeSet以及JDK1.8之后的HashMap底層都用到了紅黑樹。紅黑樹就是為了解決二叉查找樹的缺陷，因?yàn)槎娌檎覙湓谀承┣闆r下會(huì)退化成一個(gè)線性結(jié)構(gòu)。
推薦閱讀：
《Java 8系列之重新認(rèn)識(shí)HashMap》 ：https://zhuanlan.zhihu.com/p/21673805
HashMap 和 Hashtable 的區(qū)別線程是否安全： HashMap 是非線程安全的，HashTable 是線程安全的；HashTable 內(nèi)部的方法基本都經(jīng)過 synchronized 修飾。（如果你要保證線程安全的話就使用 ConcurrentHashMap 吧！）；
效率： 因?yàn)榫€程安全的問題，HashMap 要比 HashTable 效率高一點(diǎn)。另外，HashTable 基本被淘汰，不要在代碼中使用它；
對Null key 和Null value的支持： HashMap 中，null 可以作為鍵，這樣的鍵只有一個(gè)，可以有一個(gè)或多個(gè)鍵所對應(yīng)的值為 null。。但是在 HashTable 中 put 進(jìn)的鍵值只要有一個(gè) null，直接拋出 NullPointerException。
初始容量大小和每次擴(kuò)充容量大小的不同 ： ①創(chuàng)建時(shí)如果不指定容量初始值，Hashtable 默認(rèn)的初始大小為11，之后每次擴(kuò)充，容量變?yōu)樵瓉淼?n+1。HashMap 默認(rèn)的初始化大小為16。之后每次擴(kuò)充，容量變?yōu)樵瓉淼?倍。②創(chuàng)建時(shí)如果給定了容量初始值，那么 Hashtable 會(huì)直接使用你給定的大小，而 HashMap 會(huì)將其擴(kuò)充為2的冪次方大小。也就是說 HashMap 總是使用2的冪作為哈希表的大小,后面會(huì)介紹到為什么是2的冪次方。
底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： JDK1.8 以后的 HashMap 在解決哈希沖突時(shí)有了較大的變化，當(dāng)鏈表長度大于閾值（默認(rèn)為8）時(shí)，將鏈表轉(zhuǎn)化為紅黑樹，以減少搜索時(shí)間。Hashtable 沒有這樣的機(jī)制。
HashMap 的長度為什么是2的冪次方為了能讓 HashMap 存取高效，盡量較少碰撞，也就是要盡量把數(shù)據(jù)分配均勻，每個(gè)鏈表/紅黑樹長度大致相同。這個(gè)實(shí)現(xiàn)就是把數(shù)據(jù)存到哪個(gè)鏈表/紅黑樹中的算法。
這個(gè)算法應(yīng)該如何設(shè)計(jì)呢？
我們首先可能會(huì)想到采用%取余的操作來實(shí)現(xiàn)。但是，重點(diǎn)來了：“取余(%)操作中如果除數(shù)是2的冪次則等價(jià)于與其除數(shù)減一的與(&)操作（也就是說 hash%length==hash&(length-1)的前提是 length 是2的 n 次方；）。” 并且 采用二進(jìn)制位操作 &，相對于%能夠提高運(yùn)算效率，這就解釋了 HashMap 的長度為什么是2的冪次方。
HashSet 和 HashMap 區(qū)別 ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的區(qū)別ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的區(qū)別主要體現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)線程安全的方式上不同。
底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： JDK1.7的 ConcurrentHashMap 底層采用 分段的數(shù)組+鏈表 實(shí)現(xiàn)，JDK1.8 采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)跟HashMap1.8的結(jié)構(gòu)一樣，數(shù)組+鏈表/紅黑二叉樹。Hashtable 和 JDK1.8 之前的 HashMap 的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類似都是采用 數(shù)組+鏈表 的形式，數(shù)組是 HashMap 的主體，鏈表則是主要為了解決哈希沖突而存在的；
實(shí)現(xiàn)線程安全的方式（重要）： ① 在JDK1.7的時(shí)候，ConcurrentHashMap（分段鎖） 對整個(gè)桶數(shù)組進(jìn)行了分割分段(Segment)，每一把鎖只鎖容器其中一部分?jǐn)?shù)據(jù)，多線程訪問容器里不同數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)，就不會(huì)存在鎖競爭，提高并發(fā)訪問率。（默認(rèn)分配16個(gè)Segment，比Hashtable效率提高16倍。） 到了 JDK1.8 的時(shí)候已經(jīng)摒棄了Segment的概念，而是直接用 Node 數(shù)組+鏈表+紅黑樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，并發(fā)控制使用 synchronized 和 CAS 來操作。（JDK1.6以后 對 synchronized鎖做了很多優(yōu)化） 整個(gè)看起來就像是優(yōu)化過且線程安全的 HashMap，雖然在JDK1.8中還能看到 Segment 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，但是已經(jīng)簡化了屬性，只是為了兼容舊版本；② Hashtable(同一把鎖) :使用 synchronized 來保證線程安全，效率非常低下。當(dāng)一個(gè)線程訪問同步方法時(shí)，其他線程也訪問同步方法，可能會(huì)進(jìn)入阻塞或輪詢狀態(tài)，如使用 put 添加元素，另一個(gè)線程不能使用 put 添加元素，也不能使用 get，競爭會(huì)越來越激烈效率越低。
兩者的對比圖：
圖片來源：http://www.cnblogs.com/chengx...
HashTable:
JDK1.7的ConcurrentHashMap：
JDK1.8的ConcurrentHashMap（TreeBin: 紅黑二叉樹節(jié)點(diǎn)
Node: 鏈表節(jié)點(diǎn)）：
首先將數(shù)據(jù)分為一段一段的存儲(chǔ)，然后給每一段數(shù)據(jù)配一把鎖，當(dāng)一個(gè)線程占用鎖訪問其中一個(gè)段數(shù)據(jù)時(shí)，其他段的數(shù)據(jù)也能被其他線程訪問。
ConcurrentHashMap 是由 Segment 數(shù)組結(jié)構(gòu)和 HahEntry 數(shù)組結(jié)構(gòu)組成。
Segment 實(shí)現(xiàn)了 ReentrantLock,所以 Segment 是一種可重入鎖，扮演鎖的角色。HashEntry 用于存儲(chǔ)鍵值對數(shù)據(jù)。
