【复习】Java集合

集合概念

集合与数组

数组是固定长度；集合是动态长度的数据结构，需要动态增加或删除元素

数组可以包含基本数据类型和对象；集合只能包含对象

数组可以直接访问元素；集合需要通过迭代器访问元素

线程安全的集合？

java.util包：

Vector：线程安全的动态数组，内部方法大部分都经过synchronized修饰
Hashtable：线程安全的哈希表，内部方法大部分都经过synchronized修饰，这样被所著的就是整个Table对象（底层是数组+链表）

并发Map：

ConcurrentHashMap：

JDK7，ConcurrentMap加的是分段锁（Segment锁），每个分段锁含有整个table的一部分，不同分段之间的并发互不影响【每个Segment都类似一个小的HashMap，对于插入、更新、删除操作时，需要先定位到具体的Segment，再在Segment上加锁】
JDK8，取消了Segment字段，直接在table元素上枷锁，实现对每一行进行加锁，进一步减少了并发冲突。主要通过volatile + CAS（乐观锁）或 synchronized（悲观锁）来实现的线程安全。

添加元素时，先判断容器是否为空：

为空：直接使用volatile + CAS来初始化
不为空：根据存储的元素计算该位置是否为空
如果存储的元素计算结果为空，利用CAS设置该节点
如果存储的元素计算结果不为空，使用synchronized，然后遍历桶中的元素，并替换或新增节点到桶中，再判断是否需要转成红黑树。（当发生hash碰撞时说明容量不够用或已经有大量线程访问，因此使用synchronized来处理hash比CAS效率高）

ConcurrentSkipListMap：实现了一个基于跳表（SkipList）算法的可排序的并发集合，通过维护多个指向其他元素的跳跃链接来实现高效查询

并发Set：

ConcurrentSkipListSet：线程安全的有序集合，底层是使用ConcurrentSkipListMap实现
CopyOnWriteArraySet：线程安全的HashSet

并发List：

CopyOnWriteArrayList：线程安全的ArrayList，底层通过一个数组保存数据，使用volatile关键字修饰数组，保证当前线程对数组对象重新赋值后，其他线程可以感知到；在写入新元素时，会将原来的数组拷贝一份并让原来数组的长度+1后就得到一个新数组，将元素放入新数组的最后一个位置，用新数组地址替换旧数组地址就能得到最新数据了；读操作时不加锁，一直都能读的。

并发Queue：

ConcurrentLinkedQueue：高并发场景下的队列，通过无锁（CAS）的方式，实现高并发状态下的高性能。
BlockingQueue：提供一种读写等待的机制，简化多线程间的数据共享。

并发Deque：

LinkedBlockingDeque：线程安全的双端队列，内部使用双向链表结构
ConcurrentLinkedQueue：基于链表节点的无限并发链表，可以安全的并发执行插入、删除、访问的操作

List

ArrayList是线程安全的嘛？有什么办法可以把ArrayList变成线程安全的？

使用Collections类的synchronizedList方法将ArrayList包装成线程安全的List

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

使用CopyOnWriteArrayList（这是一个线程安全的List）代替ArrayList

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

使用Vector类代替ArrayList

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

Map

HashMap是线程安全的吗？

HashMap不是线程安全的，在多线程环境下会存在以下问题：

JDK7，采用数组+链表，多线程环境下，数组扩容时会存在Entry链死循环和数据丢失的问题
JDK8，采用数组+链表+红黑树，解决了Entry链死循环和数据丢失的问题，但是多线程环境下，put元素会出现覆盖的情况

保证线程安全：

使用Collections.synchronizedMap同步加锁的方式，还可以使用HashTable。
使用ConcurrentHashMap。（JDK7使用分段锁；JDK8使用CAS+synchronized）

HashMap一般用什么作为Key？为什么String适合做key？

用String做key，因为String对象是不可变的，一旦创建旧不能被修改，保证了key的稳定性。如果key是可变的，会导致hashCode和equals方法的不一致。

为什么HashMap要用红黑树而不是平衡二叉树？

平衡二叉树追求的是绝对平衡，导致每次在插入或删除节点时，都需要通过左旋或右旋来调整，使它再次称为一颗符合要求的平衡二叉树

红黑树不支持这种完全平衡的规则，牺牲了一部分的查找效率，但是可以换取一部分维持平衡状态的成本。

HashMap的key可以为null嘛

HashMap使用hash()方法来计算key的哈希值，当key为空时，直接设置hash值为0，不走hashCode方法。

static final int hash(){return (key == null) ? 0 : 走hashCode()后处理
}

null作为key只能有一个，作为value可以有多个

重写HashMap的equals和hashCode方法需要注意什么？

从HashMap中获取值时，这些方法也会被用到，如果这些方法没有被正确的实现，两个不同的Key可能会产生相同的hashCode()和equals()输出，HashMap会认为他们是相同的，把他们存在不同的地方。

重写HashMap的equals方法不当会出现什么情况？

HashMap在比较元素时，先比较hashCode方法，如果hash值相同，再比较equals方法。

如果重写hashCode方法，但是不重写equals方法，会出现equals方法返回false，导致hashMap中存储多个一样的对象，与hashMap只有唯一的key的规范不符合。

HashMap在多线程下可能出现的问题？

JDK7使用头插法插入元素，多线程环境下，扩容时可能导致环形链表的出现，形成死循环。因此JDK8使用尾插法插入元素，在扩容时保持链表原本的顺序不变，不会出现环形链表的问题

因为JDK7使用头插法，对数组长度进行扩容时，如果原来是1->2->3，扩容后就会变成3->2->1

如果多个线程同时对HashMap进行扩容操作，可能会导致链表的指针混乱，形成环形链表。

多线程同时执行put操作，如果计算出来的索引位置是想通的，那会造成前一个key被后一个key覆盖，从而导致元素丢失的问题

HashMap的扩容机制

在扩充HashMap时，不需要重新计算hash，只需要看看原来的hash值新增的那个bit是1还是0

索引 = (数组下标 - 1) & 哈希值

在这里插入图片描述

如果是0：索引没变
如果是1：索引 = 原索引 + 旧容量

所以HashMap的大小是2的n次方，这样就不需要重新计算hash值。

HashMap和HashTable的区别

HashMap线程不安全，可以存储null的key和value，每次扩容成原来的2n，要保证线程安全也可以用ConcurrentHashMap。
HashTable线程安全，所有的方法都加synchronized锁，不可以有null的key和value，效率低，每次扩容为原来的2n + 1。

HashTable和ConcurrentHashMap的区别？

ConcurrentHashMap是线程安全的。读操作不需要加锁，写操作需要加锁。JDK7，ConcurrentHashMap采用数组 + 链表，并发控制用分段锁；JDK8，ConcurrentHashMap采用数组 + 链表 + 红黑树，并发控制用CAS + synchronized
HashTable采用的是数组 + 链表，所有的方法都加synchronized锁