java容器学习总结（一）

java中的容器

java的三大类容器List，Map，Set

Collection

┃━List

┃ ┃━LinkedList

┃ ┃━ArrayList

┃ ┗Vector

┃　┗Stack

┗Set

Map

┃━Hashtable

┃━HashMap

┗WeakHashMap

类图如下所示：



从容器类图中可以知道，容器主要分为两类：Collection和Map两个接口。Collection用于存放多个单对象，Map用于存放Key-Value形式的键值对。

Collection中常用的接口分为两类List和Set。两者主要差别为List支持放入重复的对象，而Set不支持。从图中可以知道List接口常用的实现类有：ArrayList，LinkedList，Vector和Stack；Set常用实现类有HashSet、TreeSet。

Map中常用的实现类有HashMap和TreeMap；

List介绍

List可以将元素维护在特定的序列中，并且允许一个相同元素在集合中多次出现。List接口在Collection接口的基础上增加了大量的方法，使得可以在List中间插入和移除元素。除了Abstract类之外，常用的类有ArrayList（基于数组实现），LinkedList（基于循环链表实现），Vector（基于数组实现，线程安全），Stack（是Vector的子类，基于数组实现），CopyOnWriteArrayList（基于数组实现，线程安全）。

List接口中提供的面向位置操作的各种方法：（集合中已有的方法略去）

• void add(int index, E element) : 在列表的指定位置插入指定元素。

• boolean addAll(int index, Collection

ArrayList的特点、实现机制

a) ArrayList特点：

ArrayList是用数组实现的一种线性表。可以直接按位置进行索引，查找和修改速度较快，缺点是插入或者删除速度较慢。在执行插入删除时调用的是System.arraycopy方法，是一个native方法。

b) ArrayList的实现机制：

在JDK源码中可以看到ArrayList总共只有两个属性，一个是Object数组类型的elementData，一个是int型的size。

在构造方法中也可以看到，无参构造方法调用的是this(10)，调用的带一个参数的构造方法，默认无参构造方法分配一个size为10的数组。按照Collection接口中定义的构造方法，它必须有一个通过其它集合对象构造自身对象的方法。这是一个相对比较简单的线性表。并且JDK中提供了大量的比较好用的方法可以使用。该动态数组在存储空间不足时按照下面方法重新分配空间：

newCapacity = (oldCapacity*3)/2 + 1;

if(newCapacity < minCapacity) newCapacity = minCapacity; 可通过ensureCapacity操作初始化大小；

数组进行扩容时，会将老数组中的元素重新拷贝一份到新的数组中；

c）注意

ArrayList数组方式实现，无容量的限制;

ArrayList在执行插入元索时可能要扩容，在删除元索时并不会减小数组的容量（如希望相应的缩小数组容量，可以调用ArrayList的tirmToSize()）在查找元素时要遍历数组，对于非null的元索采取equals的方式寻找;

ArrayList是作线程安全的。

LinkedList的特点、实现机制

a) LinkedList的特点：

使用链表实现的。故其优点就是插入删除比较快，但是不能按索引直接存取，所以执行更新操作比较快，执行查询操作比较慢。

b) LinkedList实现机制：

LinkedList常见的List实现，LinkedList基于双向链表机制，所谓双向链表机制，就是集合中的每个元素都知道其前一个元素和其后一个元素的位置。在LinkedList中，以一个内部的Entry类来代表集合中的元索，元索的值赋给element属性，Entry中的next属性指向元素的后一个元素，Entry中的previous属性指向元素的前一个元素，基于这样的机制可以快速实现集合中元素的移动。

c) 注意

LinkedList基于双向链表机制实现;

LinkedList在插入元素时，须创建一个新的Entry，并切换相应元素的前后元素的引用；在查找元素时，须遍历链表:在删除元素时，要遍历链表，找到要删除的元素，然后从链表上将此元素删除即可。

LinkedList是非线程安全的。

Vector的特点、实现机制

a) Vector的特点：

Vector是直接实现了List接口。Vector中的所有方法前面都有一个synchronized关键字做修饰。Vector是有序可重复的。

b) Vector的实现机制：

Vector和ArrayList一样，也是基于Object数组的方式来实现的默认大小为10，并且capacity Increment默认设为0。

Vector扩容策略：如果capacity Increment大于0，则将Object数组的大小为现有Size加上capacity Increment的值；如果capacity Increment等于或小于0，则将Object数组的大小扩大为现在size的两倍。

c)注意

Vector是基于Synchronized实现的线程安全的ArrayList，但是插入元素时容量扩容机制和ArrayList不同，可以传入capacity Increment来控制容量。

Stack的特点、实现机制

a) Stack的特点：

Stack（栈）是一种后进先出的序列，主要操作有判空、压栈、退栈、取栈顶元素等。

b) Stack的实现机制：

Stack继承自Vector，同样使用数组保存数据，根据该数据结构的特点进行了限制性操作。JDK中共提供了6个方法用于实现特定要求的操作：

• Stack() : 构造一个空的栈

• empty() : 判断栈是否为空

• peek() : 查看栈顶元素并返回栈顶对象

• pop() : 删除栈顶元素并返回栈顶对象

• push(E element) : 将一个元素压入当前栈中

• search(Object o) : 查看指定对象是否在当前栈中

c)注意

stack基于Vector实现，支持后进先出。

CopyOnWriteArrayList的特点、实现机制

a) CopyOnWriteArrayList的特点：

CopyOnWriteArrayList是java.util.concurrent包中的一个类，此类是一个线程安全类。由于用到了ReentrantLock（重入锁）同步，所以在修改效率上较ArrayList差。读的时候不需要加锁，如果读的时候有多个线程正在向CopyOnWriteArrayList添加数据，读还是会读到旧的数据，因为写的时候不会锁住旧的CopyOnWriteArrayList。

b) CopyOnWriteArrayList的实现机制：

CopyOnWriteArrayList是线程安全、并且在读操作时无锁的ArrayList，使用默认CopyOnWriteArrayList()此步的做法是创建一个大小为0的的数组。

当往一个容器添加元素的时候，不直接往当前容器添加，而是先将当前容器进行Copy，复制出一个新的容器，然后新的容器里添加元素，添加完元素之后，再将原容器的引用指向新的容器。CopyOnWrite容器进行并发的读，而不需要加锁，因为当前容器不会添加任何元素。所以CopyOnWrite容器也是一种读写分离的思想，读和写不同的容器。

c) 注意

1. 减少扩容开销。根据实际需要，初始化CopyOnWriteMap的大小，避免写时CopyOnWriteMap扩容的开销。

　　2. 使用批量添加。因为每次添加，容器每次都会进行复制，所以减少添加次数，可以减少容器的复制次数。如使用上面代码里的addBlackList方法。

内存占用问题。因为CopyOnWrite的写时复制机制，所以在进行写操作的时候，内存里会同时驻扎两个对象的内存，旧的对象和新写入的对象（注意:在复制的时候只是复制容器里的引用，只是在写的时候会创建新对象添加到新容器里，而旧容器的对象还在使用，所以有两份对象内存）。如果这些对象占用的内存比较大，比如说200M左右，那么再写入100M数据进去，内存就会占用300M，那么这个时候很有可能造成频繁的Yong GC和Full GC。

　　针对内存占用问题，可以通过压缩容器中的元素的方法来减少大对象的内存消耗，比如，如果元素全是10进制的数字，可以考虑把它压缩成36进制或64进制。或者不使用CopyOnWrite容器，而使用其他的并发容器，如ConcurrentHashMap。

　　数据一致性问题。CopyOnWrite容器只能保证数据的最终一致性，不能保证数据的实时一致性。所以如果希望写入的的数据，马上能读到，请不要使用CopyOnWrite容器。