一、Java集合框架概述

一方面， 面向对象语言对事物的体现都是以对象的形式，为了方便对多个对象的操作，就要对对象进行存储。另一方面，使用Array存储对象方面具有一些弊端，而Java 集合就像一种容器，可以动态地把多个对象的引用放入容器中。

数组在内存存储方面的特点：

• 数组初始化以后，长度就确定了。

• 数组声明的类型，就决定了进行元素初始化时的类型

数组在存储数据方面的弊端：

• 数组初始化以后，长度就不可变了，不便于扩展

• 数组中提供的属性和方法少，不便于进行添加、删除、插入等操作，且效率不高。同时无法直接获取存储元素的个数

• 数组存储的数据是有序的、可以重复的。---->存储数据的特点单一

Java 集合类可以用于存储数量不等的多个对象，还可用于保存具有映射关系的关联数组。

1. 集合的使用场景

类似于上图这种列表结构展示，都是使用集合进行存储数据的。

2. 集合的分类

Java 集合可分为 Collection 和 Map 两种体系

• Collection 接口：单列数据，定义了存取一组对象的方法的集合。
  • List: 元素有序、可重复的集合
  • Set: 元素无序、不可重复的集合
• Map接口：双列数据，保存具有映射关系“key-value对”的集合

2.1 Collection 接口继承树

2.2 Map 接口继承树

二、Collection接口方法

• Collection 接口是 List、Set 和 Queue 接口的父接口，该接口里定义的方法既可用于操作 Set 集合，也可用于操作 List 和 Queue 集合。

• JDK不提供此接口的任何直接实现，而是提供更具体的子接口(如：Set和List) 实现。

• 在 Java5 之前，Java 集合会丢失容器中所有对象的数据类型，把所有对象都当成 Object 类型处理；从 JDK 5.0 增加了泛型以后，Java 集合可以记住容器中对象的数据类型。

1. 添加

• add(Object obj)

• addAll(Collection coll)

2. 获取有效元素的个数

• int size()

3. 清空集合

• void clear()

4. 是否是空集合

• boolean isEmpty()

5. 是否包含某个元素

• boolean contains(Object obj)：是通过元素的equals方法来判断是否是同一个对象

• boolean containsAll(Collection c)：也是调用元素的equals方法来比较的。拿两个集合的元素挨个比较。

6. 删除

• boolean remove(Object obj) ：通过元素的equals方法判断是否是要删除的那个元素。只会删除找到的第一个元素

• boolean removeAll(Collection coll)：取当前集合的差集

7. 取两个集合的交集

• boolean retainAll(Collection c)：把交集的结果存在当前集合中，不影响c

8. 集合是否相等

• boolean equals(Object obj)

9. 转成对象数组

• Object[] toArray()

10. 获取集合对象的哈希值

• hashCode()

11. 遍历

• iterator()：返回迭代器对象，用于集合遍历

三、Iterator迭代器接口

1. 使用 Iterator 接口遍历集合元素

• Iterator 对象称为迭代器(设计模式的一种)，主要用于遍历 Collection 集合中的元素。

• GOF（Gang Of Four 四人帮）给迭代器模式的定义为：提供一种方法访问一个容器(container)对象中各个元素，而又不需暴露该对象的内部细节。迭代器模式，就是为容器而生。类似于“公交车上的售票员”、“火车上的乘务员”、“空姐”。

• Collection接口继承了java.lang.Iterable接口，该接口有一个iterator()方法，那么所有实现了Collection接口的集合类都有一个iterator()方法，用以返回一个实现了Iterator接口的对象。

• Iterator 仅用于遍历集合，Iterator 本身并不提供承装对象的能力。如果需要创建 Iterator 对象，则必须有一个被迭代的集合。

• 集合对象每次调用iterator()方法都得到一个全新的迭代器对象，默认游标都在集合的第一个元素之前。

2. Iterator 接口的方法

注意：在调用it.next()方法之前必须要调用it.hasNext()进行检测。若不调用，且下一条记录无效，直接调用it.next()会抛出NoSuchElementException异常。

3. 迭代器的执行原理

//hasNext():判断是否还有下一个元素
while(iterator.hasNext()){
    //next():①指针下移 ②将下移以后集合位置上的元素返回
    System.out.println(iterator.next());
}

4. Iterator 接口的remove方法

Iterator iter = coll.iterator();//回到起点
while(iter.hasNext()){
    Object obj = iter.next();
    if(obj.equals("Tom")){
        iter.remove();
    }
}

注意：

• Iterator可以删除集合的元素，但是是遍历过程中通过迭代器对象的remove方法，不是集合对象的remove方法。
• 如果还未调用next()或在上一次调用 next 方法之后已经调用了 remove 方法，再调用remove都会报IllegalStateException。

5. 使用 foreach 循环遍历集合元素

• Java 5.0 提供了 foreach 循环迭代访问 Collection 和数组。

• 遍历操作不需获取Collection或数组的长度，无需使用索引访问元素。

• 遍历集合的底层调用Iterator完成操作。

• foreach 还可以用来遍历数组。

四、Collection子接口一：List

1. List 接口概述

• 鉴于Java中数组用来存储数据的局限性，我们通常使用List替代数组

• List 集合类中元素有序、且可重复，集合中的每个元素都有其对应的顺序索引。

• List 容器中的元素都对应一个整数型的序号记载其在容器中的位置，可以根据序号存取容器中的元素。

• JDK API中 List 接口的实现类常用的有：ArrayList、LinkedList和Vector。

2. List 接口方法

List 除了从 Collection 集合继承的方法外，List 集合里添加了一些根据索引来操作集合元素的方法。

• void add(int index, Object ele): 在index位置插入ele元素

• boolean addAll(int index, Collection eles): 从index位置开始将eles中的所有元素添加进来

• Object get(int index): 获取指定index位置的元素

• int indexOf(Object obj): 返回obj在集合中首次出现的位置

• int lastIndexOf(Object obj): 返回obj在当前集合中末次出现的位置

• Object remove(int index): 移除指定index位置的元素，并返回此元素

• Object set(int index, Object ele): 设置指定index位置的元素为ele

• List subList(int fromIndex, int toIndex): 返回从fromIndex到toIndex位置的子集合

【面试题】

@Test
public void testListRemove() {
    List list = new ArrayList();
    list.add(1);
    list.add(2);
    list.add(3);
    updateList(list);
    System.out.println(list);//[1, 2]
}
private static void updateList(List list) {
	list.remove(2);
}

3. List 实现类之一：ArrayList

• ArrayList 是 List 接口的典型实现类、主要实现类

• 本质上，ArrayList是对象引用的一个”变长”数组

• ArrayList的JDK1.8之前与之后的实现区别？

  • JDK1.7：ArrayList像饿汉式，直接创建一个初始容量为10的数组
  • JDK1.8：ArrayList像懒汉式，一开始创建一个长度为0的数组，当添加第一个元素时再创建一个始容量为10的数组

• Arrays.asList(…) 方法返回的 List 集合，既不是 ArrayList 实例，也不是Vector 实例。 Arrays.asList(…) 返回值是一个固定长度的 List 集合

4. List 实现类之二：LinkedList

LinkedList：双向链表，内部没有声明数组，而是定义了Node类型的 first 和 last，用于记录首末元素。同时，定义内部类Node，作为LinkedList中保存数据的基本结构。Node除了保存数据，还定义了两个变量：

• prev变量记录前一个元素的位置

• next变量记录下一个元素的位置

private static class Node<E> {
    E item;
    Node<E> next;
    Node<E> prev;
    Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
        this.item = element;
        this.next = next;
        this.prev = prev;
    }
}

对于频繁的插入或删除元素的操作，建议使用LinkedList类，效率较高。

• 新增方法：
  • void addFirst(Object obj)
  • void addLast(Object obj)
  • Object getFirst()
  • Object getLast()
  • Object removeFirst()
  • Object removeLast()

5. List 实现类之三：Vector

Vector 是一个古老的集合，JDK1.0就有了。大多数操作与ArrayList相同，区别之处在于Vector是线程安全的。

在各种list中，最好把 ArrayList 作为缺省选择。当插入、删除频繁时，使用 LinkedList；Vector总是比ArrayList慢，所以尽量避免使用。

新增方法：

• void addElement(Object obj)

• void insertElementAt(Object obj,int index)

• void setElementAt(Object obj,int index)

• void removeElement(Object obj)

• void removeAllElements()

面试题

请问 ArrayList/LinkedList/Vector 的异同？谈谈你的理解？ArrayList底层是什么？扩容机制？Vector和ArrayList的最大区别?

• ArrayList和LinkedList的异同

二者都线程不安全，相对线程安全的Vector，执行效率高。此外，ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构，LinkedList基于链表的数据结构。对于随机访问get和set，ArrayList觉得优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针。对于新增和删除操作add(特指插入)和remove，LinkedList比较占优势，因为ArrayList要移动数据。

• ArrayList和Vector的区别

Vector和ArrayList几乎是完全相同的,唯一的区别在于Vector是同步类(synchronized)，属于强同步类。因此开销就比ArrayList要大，访问要慢。正常情况下,大多数的Java程序员使用ArrayList而不是Vector,因为同步完全可以由程序员自己来控制。Vector每次扩容请求其大小的2倍空间，而ArrayList是1.5倍。Vector还有一个子类Stack。

五、Collection子接口二：Set

1. Set接口概述

Set 接口是 Collection 的子接口，set 接口没有提供额外的方法

Set 集合不允许包含相同的元素，如果试把两个相同的元素加入同一个Set 集合中，则添加不成功。

Set 判断两个对象是否相同不是使用 == 运算符，而是根据 equals() 方法

2. Set实现类之一：HashSet

HashSet 是 Set 接口的典型实现，大多数时候使用 Set 集合时都使用这个实现类。

HashSet 按 Hash 算法来存储集合中的元素，因此具有很好的存取、查找、删除性能。

HashSet 具有以下特点：

• 不能保证元素的排列顺序

• HashSet 不是线程安全的

• 集合元素可以是 null

HashSet 集合判断两个元素相等的标准：两个对象通过 hashCode() 方法比较相等，并且两个对象的 equals() 方法返回值也相等。

对于存放在Set容器中的对象，对应的类一定要重写equals()和hashCode(Object obj)方法，以实现对象相等规则。即：“相等的对象必须具有相等的散列码”。

2.1 HashSet中添加元素的过程

当向 HashSet 集合中存入一个元素时，HashSet 会调用该对象的 hashCode() 方法来得到该对象的 hashCode 值，然后根据 hashCode 值，通过某种散列函数决定该对象在 HashSet 底层数组中的存储位置。（这个散列函数会与底层数组的长度相计算得到在数组中的下标，并且这种散列函数计算还尽可能保证能均匀存储元素，越是散列分布，该散列函数设计的越好）

如果两个元素的hashCode()值相等，会再继续调用equals方法，如果equals方法结果为true，添加失败；如果为false，那么会保存该元素，但是该数组的位置已经有元素了，那么会通过链表的方式继续链接。

如果两个元素的 equals() 方法返回 true，但它们的 hashCode() 返回值不相等，hashSet 将会把它们存储在不同的位置，但依然可以添加成功。

底层也是数组，初始容量为16，但如果使用率超过0.75，（16*0.75=12）就会扩大容量为原来的2倍。（16扩容为32，依次为64,128…等）

2.2 重写 hashCode() 方法的基本原则

• 在程序运行时，同一个对象多次调用 hashCode() 方法应该返回相同的值。

• 当两个对象的 equals() 方法比较返回 true 时，这两个对象的 hashCode() 方法的返回值也应相等。

• 对象中用作 equals() 方法比较的 Field，都应该用来计算 hashCode 值。

2.3 重写 equals() 方法的基本原则

何时需要重写equals()？

当一个类有自己特有的“逻辑相等”概念，改写 equals() 的时候，总是要改写 hashCode()，根据一个类的equals 方法（改写后），两个截然不同的实例有可能在逻辑上是相等的，但是，根据 Object.hashCode() 方法，它们仅仅是两个对象。

因此，违反了相等的对象必须具有相等的散列码，这时候就需要重写 equals() 方法使其相等。

结论：复写equals方法的时候一般都需要同时复写 hashCode 方法。通常参与计算hashCode的对象的属性也应该参与到equals()中进行计算。

2.4 Eclipse/IDEA工具里hashCode()的重写

以Eclipse/IDEA为例，在自定义类中可以调用工具自动重写 equals 和 hashCode。

问题：为什么用Eclipse/IDEA复写hashCode方法，有 31 这个数字？

• 选择系数的时候要选择尽量大的系数。因为如果计算出来的hash地址越大，所谓的“冲突”就越少，查找起来效率也会提高。（减少冲突）

• 并且31只占用5bits，相乘造成数据溢出的概率较小。

• 31可以 由i*31== (i<<5)-1来表示,现在很多虚拟机里面都有做相关优化。（提高算法效率）

• 31是一个素数，素数作用就是如果我用一个数字来乘以这个素数，那么最终出来的结果只能被素数本身和被乘数还有1来整除！(减少冲突)

3. Set实现类之二：LinkedHashSet

• LinkedHashSet 是 HashSet 的子类

• LinkedHashSet 根据元素的 hashCode 值来决定元素的存储位置， 但它同时使用双向链表维护元素的次序，这使得元素看起来是以插入顺序保存的。

• LinkedHashSet插入性能略低于 HashSet，但在迭代访问 Set 里的全部元素时有很好的性能。

• LinkedHashSet 不允许集合元素重复。

3.1 LinkedHashSet底层结构

Set set = new LinkedHashSet();
set.add(new String("AA"));
set.add(456);
set.add(456);
set.add(new Customer("刘德华", 1001));

4. Set实现类之三：TreeSet

TreeSet 是 SortedSet 接口的实现类，TreeSet 可以确保集合元素处于排序状态。

TreeSet底层使用红黑树结构存储数据

新增的方法如下： (了解)

• Comparator comparator()
• Object first()
• Object last()
• Object lower(Object e)
• Object higher(Object e)
• SortedSet subSet(fromElement, toElement)
• SortedSet headSet(toElement)
• SortedSet tailSet(fromElement)

TreeSet 两种排序方法：自然排序和定制排序。默认情况下，TreeSet 采用自然排序。

TreeSet和后面要讲的TreeMap 采用红黑树的存储结构，它们的特点：有序，查询速度比List快

4.1 自然排序

自然排序：TreeSet 会调用集合元素的 compareTo(Object obj) 方法来比较元素之间的大小关系，然后将集合元素按升序(默认情况)排列

如果试图把一个对象添加到 TreeSet 时，则该对象的类必须实现 Comparable 接口。

• 实现 Comparable 的类必须实现 compareTo(Object obj) 方法，两个对象即通过 compareTo(Object obj) 方法的返回值来比较大小。

Comparable 的典型实现：

• BigDecimal、BigInteger 以及所有的数值型对应的包装类：按它们对应的数值大小进行比较
• Character：按字符的 unicode值来进行比较
• Boolean：true 对应的包装类实例大于 false 对应的包装类实例
• String：按字符串中字符的 unicode 值进行比较
• Date、Time：后边的时间、日期比前面的时间、日期大

向 TreeSet 中添加元素时，只有第一个元素无须比较compareTo()方法，后面添加的所有元素都会调用compareTo()方法进行比较。

因为只有相同类的两个实例才会比较大小，所以向 TreeSet 中添加的应该是同一个类的对象。

对于 TreeSet 集合而言，它判断两个对象是否相等的唯一标准是：两个对象通过 compareTo(Object obj) 方法比较返回值。

当需要把一个对象放入 TreeSet 中，重写该对象对应的 equals() 方法时，应保证该方法与 compareTo(Object obj) 方法有一致的结果：如果两个对象通过 equals() 方法比较返回 true，则通过 compareTo(Object obj) 方法比较应返回 0。 否则，让人难以理解。

TreeSet set = new TreeSet();

//失败：不能添加不同类的对象
//        set.add(123);
//        set.add(456);
//        set.add("AA");
//        set.add(new User("Tom",12));

//举例一：
//        set.add(34);
//        set.add(-34);
//        set.add(43);
//        set.add(11);
//        set.add(8);

//举例二：
set.add(new User("Tom",12));
set.add(new User("Jerry",32));
set.add(new User("Jim",2));
set.add(new User("Mike",65));
set.add(new User("Jack",33));
set.add(new User("Jack",56));


Iterator iterator = set.iterator();
while(iterator.hasNext()){
    System.out.println(iterator.next());
}

4.2 定制排序

TreeSet的自然排序要求元素所属的类实现Comparable接口，如果元素所属的类没有实现Comparable接口，或不希望按照升序(默认情况)的方式排列元素或希望按照其它属性大小进行排序，则考虑使用定制排序。定制排序，通过Comparator接口来实现。需要重写compare(T o1,T o2)方法。

利用int compare(T o1,T o2)方法，比较o1和o2的大小：如果方法返回正整数，则表示o1大于o2；如果返回0，表示相等；返回负整数，表示o1小于o2。

要实现定制排序，需要将实现Comparator接口的实例作为形参传递给TreeSet的构造器。

此时，仍然只能向TreeSet中添加类型相同的对象。否则发生ClassCastException异常。

使用定制排序判断两个元素相等的标准是：通过Comparator比较两个元素返回了0。

Comparator com = new Comparator() {
    //按照年龄从小到大排列
    @Override
    public int compare(Object o1, Object o2) {
        if(o1 instanceof User && o2 instanceof User){
            User u1 = (User)o1;
            User u2 = (User)o2;
            return Integer.compare(u1.getAge(),u2.getAge());
        }else{
            throw new RuntimeException("输入的数据类型不匹配");
        }
    }
};

TreeSet set = new TreeSet(com);
set.add(new User("Tom",12));
set.add(new User("Jerry",32));
set.add(new User("Jim",2));
set.add(new User("Mike",65));
set.add(new User("Mary",33));
set.add(new User("Jack",33));
set.add(new User("Jack",56));


Iterator iterator = set.iterator();
while(iterator.hasNext()){
    System.out.println(iterator.next());
}

面试题

Person p1 = new Person("AA", 1001);
Person p2 = new Person("BB", 1002);
Set<Person> set = new HashSet<>();
set.add(p1);
set.add(p2);
p1.setName("CC");
set.remove(p1);
System.out.println(set);// { CC, BB }
set.add(new Person("CC", 1001));
System.out.println(set);// { CC, BB, CC }
set.add(new Person("AA", 1001));
System.out.println(set);// { CC, BB, CC, AA }

六、Map接口

1.Map接口概述

• Map与Collection并列存在。用于保存具有映射关系的数据:key-value

• Map 中的 key 和 value 都可以是任何引用类型的数据

• Map 中的 key 用Set来存放，不允许重复，即同一个 Map 对象所对应的类，须重写hashCode()和equals()方法

• 常用String类作为Map的“键”

• key 和 value 之间存在单向一对一关系，即通过指定的 key 总能找到唯一的、确定的 value

• Map接口的常用实现类：HashMap、TreeMap、LinkedHashMap和 Properties。其中，HashMap是 Map 接口使用频率最高的实现类

2.Map常用方法

添加、删除、修改操作：

• Object put(Object key,Object value)：将指定key-value添加到(或修改)当前map对象中
• void putAll(Map m):将m中的所有key-value对存放到当前map中
• Object remove(Object key)：移除指定key的key-value对，并返回value
• void clear()：清空当前map中的所有数据

元素查询的操作：

• Object get(Object key)：获取指定key对应的value
• boolean containsKey(Object key)：是否包含指定的key
• boolean containsValue(Object value)：是否包含指定的value
• int size()：返回map中key-value对的个数
• boolean isEmpty()：判断当前map是否为空
• boolean equals(Object obj)：判断当前map和参数对象obj是否相等

元视图操作的方法：

• Set keySet()：返回所有key构成的Set集合
• Collection values()：返回所有value构成的Collection集合
• Set entrySet()：返回所有key-value对构成的Set集合

public class MapTest {
       /*
 元视图操作的方法：
 Set keySet()：返回所有key构成的Set集合
 Collection values()：返回所有value构成的Collection集合
 Set entrySet()：返回所有key-value对构成的Set集合

     */


    @Test
    public void test5(){
        Map map = new HashMap();
        map.put("AA",123);
        map.put(45,1234);
        map.put("BB",56);

        //遍历所有的key集：keySet()
        Set set = map.keySet();
            Iterator iterator = set.iterator();
            while(iterator.hasNext()){
                System.out.println(iterator.next());
        }
        System.out.println();
        //遍历所有的value集：values()
        Collection values = map.values();
        for(Object obj : values){
            System.out.println(obj);
        }
        System.out.println();
        //遍历所有的key-value
        //方式一：entrySet()
        Set entrySet = map.entrySet();
        Iterator iterator1 = entrySet.iterator();
        while (iterator1.hasNext()){
            Object obj = iterator1.next();
            //entrySet集合中的元素都是entry
            Map.Entry entry = (Map.Entry) obj;
            System.out.println(entry.getKey() + "---->" + entry.getValue());

        }
        System.out.println();
        //方式二：
        Set keySet = map.keySet();
        Iterator iterator2 = keySet.iterator();
        while(iterator2.hasNext()){
            Object key = iterator2.next();
            Object value = map.get(key);
            System.out.println(key + "=====" + value);

        }

    }


    /*
 元素查询的操作：
 Object get(Object key)：获取指定key对应的value
 boolean containsKey(Object key)：是否包含指定的key
 boolean containsValue(Object value)：是否包含指定的value
 int size()：返回map中key-value对的个数
 boolean isEmpty()：判断当前map是否为空
 boolean equals(Object obj)：判断当前map和参数对象obj是否相等
     */
    @Test
    public void test4(){
        Map map = new HashMap();
        map.put("AA",123);
        map.put(45,123);
        map.put("BB",56);
        // Object get(Object key)
        System.out.println(map.get(45));
        //containsKey(Object key)
        boolean isExist = map.containsKey("BB");
        System.out.println(isExist);

        isExist = map.containsValue(123);
        System.out.println(isExist);

        map.clear();

        System.out.println(map.isEmpty());

    }

    /*
     添加、删除、修改操作：
 Object put(Object key,Object value)：将指定key-value添加到(或修改)当前map对象中
 void putAll(Map m):将m中的所有key-value对存放到当前map中
 Object remove(Object key)：移除指定key的key-value对，并返回value
 void clear()：清空当前map中的所有数据
     */
    @Test
    public void test3(){
        Map map = new HashMap();
        //添加
        map.put("AA",123);
        map.put(45,123);
        map.put("BB",56);
        //修改
        map.put("AA",87);

        System.out.println(map);

        Map map1 = new HashMap();
        map1.put("CC",123);
        map1.put("DD",123);

        map.putAll(map1);

        System.out.println(map);

        //remove(Object key)
        Object value = map.remove("CC");
        System.out.println(value);
        System.out.println(map);

        //clear()
        map.clear();//与map = null操作不同
        System.out.println(map.size());
        System.out.println(map);
    }
}

3.Map实现类之一：HashMap

• **HashMap是 Map 接口使用频率最高的实现类。 **

• 允许使用null键和null值，与HashSet一样，不保证映射的顺序。

• 所有的key构成的集合是Set:无序的、不可重复的。所以，key所在的类要重写： equals()和hashCode()

• 所有的value构成的集合是Collection:无序的、可以重复的。所以，value所在的类要重写：equals()

• 一个key-value构成一个entry

• 所有的entry构成的集合是Set:无序的、不可重复的

• HashMap 判断两个 key 相等的标准是：两个 key 通过 equals() 方法返回 true， hashCode 值也相等。

• HashMap 判断两个 value相等的标准是：两个 value 通过 equals() 方法返回 true。

3.1 HashMap的存储结构

JDK 7及以前版本：HashMap是数组+链表结构(即为链地址法)

JDK 8版本发布以后：HashMap是数组+链表+红黑树实现

3.2 HashMap源码中的重要常量

DEFAULT_INITIAL_CAPACITY : HashMap的默认容量，16

MAXIMUM_CAPACITY ： HashMap的最大支持容量，2^30

DEFAULT_LOAD_FACTOR：HashMap的默认加载因子

TREEIFY_THRESHOLD：Bucket中链表长度大于该默认值，转化为红黑树

UNTREEIFY_THRESHOLD：Bucket中红黑树存储的Node小于该默认值，转化为链表

MIN_TREEIFY_CAPACITY：桶中的Node被树化时最小的hash表容量。（当桶中Node的数量大到需要变红黑树时，若hash表容量小于MIN_TREEIFY_CAPACITY时，此时应执行 resize扩容操作这个MIN_TREEIFY_CAPACITY的值至少是TREEIFY_THRESHOLD的 4 倍。）

table：存储元素的数组，总是2的n次幂

entrySet：存储具体元素的集

size：HashMap中存储的键值对的数量

modCount：HashMap扩容和结构改变的次数。

threshold：扩容的临界值，=容量*填充因子

loadFactor：填充因子或负载因子，默认是0.75，可以在构造器中指定

3.3 JDK7及以前的HashMap底层实现原理

HashMap的内部存储结构其实是数组和链表的结合。当实例化一个HashMap时， 系统会创建一个长度为Capacity的Entry数组，这个长度在哈希表中被称为容量 (Capacity)，在这个数组中可以存放元素的位置我们称之为“桶”(bucket)，每个 bucket都有自己的索引，系统可以根据索引快速的查找bucket中的元素。

每个bucket中存储一个元素，即一个Entry对象，但每一个Entry对象可以带一个引用变量，用于指向下一个元素，因此，在一个桶中，就有可能生成一个Entry链。 而且新添加的元素作为链表的head(七上)。

添加元素的过程：

向HashMap中添加entry1(key，value)，需要首先计算entry1中key的哈希值(根据 key所在类的hashCode()计算得到)，此哈希值经过处理以后，得到在底层Entry[]数组中要存储的位置i。

如果位置i上没有元素，则entry1直接添加成功。

如果位置i上已经存在entry2(或还有链表存在的entry3，entry4)，则需要通过循环的方法，依次比较entry1中key和其他的entry。

如果彼此hash值不同，则直接添加成功。

如果hash值相同，继续比较二者是否equals。

如果返回值为true，则使用entry1的value 去替换equals为true的entry的value。

如果遍历一遍以后，发现所有的equals返回都为false, 则entry1仍可添加成功。

entry1指向原有的entry元素。

HashMap的扩容

当HashMap中的元素越来越多的时候，hash冲突的几率也就越来越高，因为数组的长度是固定的。所以为了提高查询的效率，就要对HashMap的数组进行扩容，而在 HashMap数组扩容之后，最消耗性能的点就出现了：原数组中的数据必须重新计算其在新数组中的位置，并放进去，这就是resize。

那么HashMap什么时候进行扩容呢？

当HashMap中的元素个数超过数组大小(数组总大小length,不是数组中个数 size)*loadFactor 时 ， 就会进行数组扩容 ， loadFactor 的默认值 (DEFAULT_LOAD_FACTOR)为0.75，这是一个折中的取值。

也就是说，默认情况 下，数组大小(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)为16，那么当HashMap中元素个数 超过16*0.75=12（这个值就是代码中的threshold值，也叫做临界值）的时候，就把数组的大小扩展为 2*16=32，即扩大一倍，然后重新计算每个元素在数组中的位置， 而这是一个非常消耗性能的操作，所以如果我们已经预知HashMap中元素的个数， 那么预设元素的个数能够有效的提高HashMap的性能。

3.4 JDK8中HashMap底层实现原理

HashMap的内部存储结构其实是数组+链表+树的结合。当实例化一个 HashMap时，会初始化initialCapacity和loadFactor，在put第一对映射关系时，系统会创建一个长度为initialCapacity的Node数组，这个长度在哈希表中被称为容量(Capacity)，在这个数组中可以存放元素的位置我们称之为 “桶”(bucket)，每个bucket都有自己的索引，系统可以根据索引快速的查找bucket中的元素。

每个bucket中存储一个元素，即一个Node对象，但每一个Node对象可以带一个引用变量next，用于指向下一个元素，因此，在一个桶中，就有可能生成一个Node链。也可能是一个一个TreeNode对象，每一个TreeNode对象可以有两个叶子结点left和right，因此，在一个桶中，就有可能生成一个 TreeNode树。而新添加的元素作为链表的last（八下），或树的叶子结点。

那么HashMap什么时候进行扩容和树形化呢？

当HashMap中的元素个数超过数组大小(数组总大小length,不是数组中个数 size)*loadFactor 时 ， 就会进行数组扩容 ， loadFactor 的默认值 (DEFAULT_LOAD_FACTOR)为0.75，这是一个折中的取值。

也就是说，默认情况下，数组大小(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)为16，那么当HashMap中元素个数超过16*0.75=12（这个值就是代码中的threshold值，也叫做临界值） 的时候，就把数组的大小扩展为 2*16=32，即扩大一倍，然后重新计算每个元素在数组中的位置，而这是一个非常消耗性能的操作，所以如果我们已经预知 HashMap中元素的个数，那么预设元素的个数能够有效的提高HashMap的性能。

当HashMap中的其中一个链的对象个数如果达到了8个，此时如果capacity没有达到64，那么HashMap会先扩容解决，如果已经达到了64，那么这个链会变成树，结点类型由Node变成TreeNode类型。当然，如果当映射关系被移除后， 下次resize方法时判断树的结点个数低于6个，也会把树再转为链表。

关于映射关系的key是否可以修改？answer：不要修改

映射关系存储到HashMap中会存储key的hash值，这样就不用在每次查找时重新计算 每一个Entry或Node（TreeNode）的hash值了，因此如果已经put到Map中的映射关系，再修改key的属性，而这个属性又参与hashcode值的计算，那么会导致匹配不上。

总结：JDK1.8相较于之前的变化：

1.HashMap map = new HashMap();//默认情况下，先不创建长度为16的数组

2.当首次调用map.put()时，再创建长度为16的数组

3.数组为Node类型，在jdk7中称为Entry类型

4.形成链表结构时，新添加的key-value对在链表的尾部（七上八下）

5.当数组指定索引位置的链表长度>8时，且map中的数组的长度> 64时，此索引位置上的所有key-value对使用红黑树进行存储。

面试题：负载因子值的大小，对HashMap有什么影响

负载因子的大小决定了HashMap的数据密度。

负载因子越大密度越大，发生碰撞的几率越高，数组中的链表越容易长, 造成查询或插入时的比较次数增多，性能会下降。

负载因子越小，就越容易触发扩容，数据密度也越小，意味着发生碰撞的几率越小，数组中的链表也就越短，查询和插入时比较的次数也越小，性能会更高。但是会浪费一定的内容空间。而且经常扩容也会影响性能，建议初始化预设大一点的空间。

按照其他语言的参考及研究经验，会考虑将负载因子设置为0.7~0.75，此时平均检索长度接近于常数。

4. Map实现类之二：LinkedHashMap

• LinkedHashMap 是 HashMap 的子类
• 在HashMap存储结构的基础上，使用了一对双向链表来记录添加元素的顺序
• 与LinkedHashSet类似，LinkedHashMap 可以维护 Map 的迭代 顺序：迭代顺序与 Key-Value 对的插入顺序一致

LinkedHashMap中的内部类：Entry

static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
    Entry<K,V> before, after;//能够记录添加的元素的先后顺序
    Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
        super(hash, key, value, next);
    }
}

5. Map实现类之三：TreeMap

TreeMap存储 Key-Value 对时，需要根据 key-value 对进行排序。 TreeMap 可以保证所有的 Key-Value 对处于有序状态。

TreeSet底层使用红黑树结构存储数据

TreeMap 的 Key 的排序：

• 自然排序：TreeMap 的所有的 Key 必须实现 Comparable 接口，而且所有 的 Key 应该是同一个类的对象，否则将会抛出 ClasssCastException

• 定制排序：创建 TreeMap 时，传入一个 Comparator 对象，该对象负责对 TreeMap 中的所有 key 进行排序。此时不需要 Map 的 Key 实现 Comparable 接口

TreeMap判断两个key相等的标准：两个key通过compareTo()方法或者compare()方法返回0。

6. Map实现类之四：Hashtable

Hashtable是个古老的 Map 实现类，JDK1.0就提供了。不同于HashMap， Hashtable是线程安全的。

Hashtable实现原理和HashMap相同，功能相同。底层都使用哈希表结构，查询速度快，很多情况下可以互用。

与HashMap不同，Hashtable 不允许使用 null 作为 key 和 value

与HashMap一样，Hashtable 也不能保证其中 Key-Value 对的顺序

Hashtable判断两个key相等、两个value相等的标准，与HashMap一致。

7.Map实现类之五：Properties

Properties 类是 Hashtable 的子类，该对象用于处理属性文件

由于属性文件里的 key、value 都是字符串类型，所以 Properties 里的 key 和 value 都是字符串类型

存取数据时，建议使用setProperty(String key,String value)方法和 getProperty(String key)方法

Properties pros = new Properties();
pros.load(new FileInputStream("jdbc.properties"));
String user = pros.getProperty("user");
System.out.println(user);

七、Collections工具类

Collections是操作集合的工具类，Arrays是操作数组的工具类

• Collections 是一个操作 Set、List 和 Map 等集合的工具类
• Collections 中提供了一系列静态的方法对集合元素进行排序、查询和修改等操作， 还提供了对集合对象设置不可变、对集合对象实现同步控制等方法
• 排序操作：（均为static方法）
  • reverse(List)：反转 List 中元素的顺序
  • shuffle(List)：对 List 集合元素进行随机排序
  • sort(List)：根据元素的自然顺序对指定 List 集合元素按升序排序
  • sort(List，Comparator)：根据指定的 Comparator 产生的顺序对 List 集合元素进行排序
  • swap(List，int， int)：将指定 list 集合中的 i 处元素和 j 处元素进行交换

1.Collections常用方法

查找、替换

• Object max(Collection)：根据元素的自然顺序，返回给定集合中的最大元素
• Object max(Collection，Comparator)：根据 Comparator 指定的顺序，返回 给定集合中的最大元素
• Object min(Collection)
• Object min(Collection，Comparator)
• int frequency(Collection，Object)：返回指定集合中指定元素的出现次数
• void copy(List dest,List src)：将src中的内容复制到dest中
• boolean replaceAll(List list，Object oldVal，Object newVal)：使用新值替换 List 对象的所有旧值

同步控制

Collections 类中提供了多个 synchronizedXxx() 方法，该方法可使将指定集合包装成线程同步的集合，从而可以解决多线程并发访问集合时的线程安全问题

补充：Enumeration

Enumeration 接口是 Iterator 迭代器的 “古老版本”

Enumeration stringEnum = new StringTokenizer("a-b*c-d-e-g", "-");
while(stringEnum.hasMoreElements()){
    Object obj = stringEnum.nextElement();
    System.out.println(obj);
}