0.Java集合框架历史

摘自Wikipedia Java Collection Framework:

Collection implementations in pre-JDK 1.2 versions of the Java platform included few data structure classes, but did not contain a collections framework.[3] The standard methods for grouping Java objects were via the array, the Vector, and the Hashtable classes, which unfortunately were not easy to extend, and did not implement a standard member interface.[4]

To address the need for reusable collection data structures, several independent frameworks were developed,[3] the most used being Doug Lea's Collections package,[5] and ObjectSpace Generic Collection Library (JGL),[6] whose main goal was consistency with the C++ Standard Template Library (STL).[7]

可知，早期的Java Group通过Array, Vector, HashTable这些类来实现，但是他们难扩展，后期大神们创建了独立的Java Data Structure Framework，并且在日后这些framework被build进入JDK中，慢慢形成了Java Collection Framework。

1.Java集合概述

Java的集合类位于java.util.*包下，大体分为2类，Collection和Map，另外就是2个工具类。Concurrent是jdk1.5引入的（在这之前java语言内置对多线程的支持比较有限），主要代码由Doug Lea完成。

Collection集合概述

概述

Collection包含3个分支

AbstractCollection是抽象类，实现了部分Collection中的API，如contains，toArray, remove, toString等方法。

Queue

队列是一种特殊的线性表，允许在表的头部进行删除操作，在表的尾部进行插入操作。有2个继承接口，BlockingQueue(阻塞队列)和Deque(双向队列)。AbstractQueue是抽象类，实现了Queue中的大部分API，常见实现类有LinkedQueue。

List

List是一个有序的队列，每个元素都有它的索引，第一个元素的索引值为0。AbstractList是抽象类，实现了List中的大部分API，常见实现类有LinkedList, ArrayList, Vector, Stack。

Set

Set是一个不允许有重复元素的集合。 AbstractSet是抽象类，实现了Set中的大部分API，常见的实现类有HashSet, TreeSet。

Map集合概述

概述

Map包含1个分支

Map是一个映射接口，即key-value的键值对。AbstractMap是抽象类，实现了Map中的大部分API，HashMap, TreeMap, WeakHashMap是其实现类。

源码阅读 接口定义

public interface Map<K,V>

常用方法

abstract void                 clear()
abstract boolean              containsKey(Object key)
abstract boolean              containsValue(Object value)
abstract Set<Entry<K, V>>     entrySet()
abstract boolean              equals(Object object)
abstract V                    get(Object key)
abstract int                  hashCode()
abstract boolean              isEmpty()
abstract Set<K>               keySet()
abstract V                    put(K key, V value)
abstract void                 putAll(Map<? extends K, ? extends V> map)
abstract V                    remove(Object key)
abstract int                  size()
abstract Collection<V>        values()

Map 是一个键值对(key-value)映射接口。Map映射中不能包含重复的键；每个键最多只能映射到一个值。
Map 接口提供三种collection 视图，允许以键集(keySet())、值集(values())或键-值(entrySet())映射关系集的形式查看某个映射的内容。
Map 映射顺序。有些实现类，可以明确保证其顺序，如 TreeMap；另一些映射实现则不保证顺序，如 HashMap 类。
Map 的实现类应该提供2个“标准的”构造方法：第一个，void（无参数）构造方法，用于创建空映射；第二个，带有单个 Map 类型参数的构造方法，用于创建一个与其参数具有相同键-值映射关系的新映射。实际上，后一个构造方法允许用户复制任意映射，生成所需类的一个等价映射。尽管无法强制执行此建议（因为接口不能包含构造方法），但是 JDK 中所有通用的映射实现都遵从它。

[Map的三种Collection视图例子 MapTest01.java]

    // key视图
    Set<String> keys = hashMap.keySet();
    Iterator<String> iteratorKeys = keys.iterator();
    while (iteratorKeys.hasNext()) {
        System.out.println(iteratorKeys.next());
    }

    // value视图
    Collection<String> values = hashMap.values();
    Iterator<String> iteratorValues = values.iterator();
    while (iteratorValues.hasNext()) {
        System.out.println(iteratorValues.next());
    }

    // key-value视图
    Set<Entry<String, String>> entrySets = hashMap.entrySet();
    Iterator<Entry<String, String>> iteratorEntrySets = entrySets.iterator();
    while (iteratorEntrySets.hasNext()) {
        Entry<String, String> entry = iteratorEntrySets.next();
        System.out.println(String.format("key: %s, value: %s", entry.getKey(), entry.getValue()));
    }

Concurrent包下的集合概述

概述

Concurrent主要有3个package组成

java.util.concurrent

提供大部分关于并发的接口和类，如BlockingQueue, ConcurrentHashMap, ExecutorService等

java.util.concurrent.atomic

提供所有的原子类操作，如AtomicInteger, AtomicLong等

java.util.concurrent.locks

提供锁相关的类，如Lock, ReentrantLock, ReadWriteLock, Confition等

2.Java集合详解

Collection集合下常用实现类详解

Iterator接口源码解析

总结

iterator.remove()方法必须要在调用了next()方法之后，否则会报IllegalStateException。
if the next method has not yet been called, or the remove method has already been called after the last call to the next method

常用方法

boolean hasNext()
E next()
void remove()

Collection接口源码解析

接口定义：

/* 说明：
Collection集合用于存Object的，不支持存储基础数据类型，这是由Collection接口的定义决定的： Collection<E>
这样写会报错： Syntax error, insert "Dimensions" to complete ReferenceType
List<int> ints = new ArrayList<int>();
*/
public interface Collection<E> extends Iterable<E>

常用方法

abstract boolean         add(E object)
// addAll参数为E或E的子类
abstract boolean         addAll(Collection<? extends E> collection)
abstract void            clear()
abstract boolean         contains(Object object)
abstract boolean         containsAll(Collection<?> collection)
abstract boolean         equals(Object object)
abstract int             hashCode()
abstract boolean         isEmpty()
abstract Iterator<E>     iterator()
abstract boolean         remove(Object object)
abstract boolean         removeAll(Collection<?> collection)
abstract boolean         retainAll(Collection<?> collection)
/*
* Returns the number of elements in this collection.  If this collection
* contains more than <tt>Integer.MAX_VALUE</tt> elements, returns
* <tt>Integer.MAX_VALUE</tt>.
* Integer.MIN_VALUE是-（2的31次方），Integer.MAX_VALUE是2的31次方减1
*/
abstract int             size()
abstract <T> T[]         toArray(T[] array)
abstract Object[]        toArray()

List接口源码解析

总结

List是有序的，支持随机访问（通过索引下标访问）
List允许重复的值（原因是它的数据存储方式）

常用方法

boolean add(E)
void add(int, E)
boolean addAll(int, Collection<? extends E>)
boolean addAll(Collection<? extends E>)
void clear()
boolean contains(Object) //AbstractCollection中通过iterator迭代遍历判断 ArrayList中通过调用indexOf(o) >= 0 来判断是否包含
boolean containsAll(Collection<?>)
boolean equals(Object)
E get(int)
int hashCode()
int indexOf(Object)
boolean isEmpty()
Iterator<E> iterator()
int lastIndexOf(Object)
ListIterator<E> listIterator()
ListIterator<E> listIterator(int)
E remove(int)
boolean remove(Object)
boolean removeAll(Collection<?>)
boolean retainAll(Collection<?> a) // b.retainAll(a) 移除b中有而a中没有的所有元素，所以结果是a的子集
E set(int, E)
int size()
List<E> subList(int, int)
Object[] toArray()
T[] toArray(T[])

ListIterator.java
boolean hasNext()
boolean hasPrevioud()
E next()
E previous()
int nextIndex()
int previousIndex()

AbstractCollection抽象类源码解析

总结

AbstractCollection是个抽象类，继承自Collection接口，并实现了其中的方法，同时添加了toString()方法

常用方法

private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8; // 减8的原因是某些VMs存储了数据的header
private static <T> T[] finishToArry(T[] r, Iterator<?> it) // 用于将集合转换为数组
private static int hugeCapacity(int minCapacity) // 用于finishToArry
boolean add(E e) // 未实现
boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) // 未实现
void clear()
boolean contains(Object o) // 迭代遍历判断
boolean containsAll(Collection<?> c) // for循环遍历c，然后通过调用contains判断
boolean isEmpty() // 通过判断size()==0，size()未实现
Iterator<E> iterator() // 未实现
boolean remove(Object o) //迭代器遍历删除
boolean removeAll(Collection<?> c)
boolean retainAll(Collection<?> c)
int size();
Object[] toArray()
T[] toArray(T[])
String toString() // 迭代遍历集合，通过StringBuilder接收组合输出

AbstractList源码解析

总结

AbstractList中有Itr(继承Iterator)和ListItr(继承ListIterator)两个内部类
在迭代遍历过程中，如果出现对集合的写的行为（list.remove(obj)），会报出ConcurrentModificationException。
AbstractList中仍然没有实现add方法

    // list调用remove方法会导致modCount的值改变
    private void fastRemove(int index) {
        modCount++;
        int numMoved = size - index - 1;
        if (numMoved > 0)
            System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                             numMoved);
        elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
    }

    // 通过调用iterator.remove()可以保证不会报ConcurrentModificationException
    public void remove() {
    if (lastRet < 0)
        throw new IllegalStateException();
    checkForComodification();

    try {
        AbstractList.this.remove(lastRet);
        if (lastRet < cursor)
            cursor--;
        lastRet = -1;
        expectedModCount = modCount;
    } catch (IndexOutOfBoundsException e) {
        throw new ConcurrentModificationException();
    }

ArrayList源码解析和使用

总结

ArrayList是一个数据集合，相当于一个动态数组(Object[] elementData)。与Java中的数据相比，它的容量能动态增长，默认长度时10(DEFAULT_CAPACITY)，扩容时新的容量=原始容量 + 原始容量>>1
ArrayList实现了RandomAccess接口（Marker Interface），又由于其数据以数据存储，因此支持快速随机查找，但是修改和删除效率不高

// Collections中通过RandomAccess接口判断
    public static <T>
    int binarySearch(List<? extends Comparable<? super T>> list, T key) {
        if (list instanceof RandomAccess || list.size()<BINARYSEARCH_THRESHOLD)
            return Collections.indexedBinarySearch(list, key);
        else
            return Collections.iteratorBinarySearch(list, key);
    }

ArrayList不是线程安全的，Vertor是线程安全的（其绝大部分方法都加了synchronized关键字），可在多线程下使用CopyOnWriteArryList。

Vector源码解析和使用

总结

public class Vector<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

Vector是一个矢量队列，支持比本的添加、修改、删除、遍历等功能
Vector实现了RandomAccess接口，即支持随机访问功能（get(int index)）
Vector中的public API都是加了synchronized关键字来保证线程安全

Stack源码解析和使用

总结

Stack是栈，特性是先进后出(FILO, First In Last Out)
Stack是继承自Vector，也是通过数据实现的

常用方法

Object push(Object element) // 把对象压入堆栈
Object pop() // 移除堆栈顶部对象，并作为此方法的返回值返回该对象
Object peek() // 查看堆栈顶部的对象，但不从堆栈中移除它

AbstractSequentialList抽象类源码解析

总结

这个抽象类没什么特别

LinkedList源码解析和使用

总结

public class LinkedList<E> extends AbstractSequentialList<E> implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, Serializable {}

LinkedList实现了Deque接口，能对它进行双向列表操作，也就是说顺序访问会非常高效，随机访问效率比较低
LinkedList不是线程安全的，可以通过List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...))来转换，不过LinkedList的数据类型会丢失
LinkedList中使用Node对象来存储数据

常用方法

boolean add(E element) // offer属于 offer in interface Deque<E>, add 属于 add in interface Collection<E>
void(int index, E element) // 判断index==size，=就linkLast, or linkBefore
void addFirst(E element)
void addLast(E element)
void clear() // 清空，注意GC
Object clone() // 浅拷贝 shallow copy
Iterator<E> descendingIterator() // 倒着输出
E element() // 获取第一个元素
E get(int index)
E getFirst();
E getLast();
int indexOf(Object object)
int lastIndexOf(Object object)
ListIterator<E> listIterator(int index)
boolean offer(E element) // offer属于 offer in interface Deque<E>, add 属于 add in interface Collection<E>
boolean offerFirst(E element)
boolean offerLast(E element)
E peek() // 返回链表中的第一个元素，并且不会移除
E peekFirst() // 和peek没啥区别
E peekLast()
E poll() // 返回链表中的第一个元素，并且会移除掉
E pollFirst() // 链表为空时会返回null
E pollLast()
E pop() // 链表为空时会报NoSuchElementException，这就是区别
void push(E e) // 添加到链表的第一个元素
E remove（） // 删除第一个元素
E remove
E set(int index, E element) // 替换指定位置的元素

LinkedList可以作为FIFO的队列，使用如下方法：

// Queue
boolean add(e) // add比offer的区别在于add时如果capacity超了，会报错，而offer不会
boolean offer(e)
E remove() // 返回队列的第一个元素，并且删除，如果队列为空，报NoSuchElementException
E poll() // 返回队列的第一个元素，并且删除，如果队列为空，返回null
E element() // 返回队列的第一个元素，不删除，如果队列为空，报NoSuchElementException
E peek() // 返回队列的第一个元素，不删除，如果队列为空，返回null

LinkedList也可以作为FILO的栈，使用如下方法：

push(e)
pop()
peek()

源码解析

    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;
        }
    }

LinkedList在内部定义了一个叫做Node类型的静态内部类，Node就是一个节点，链表中的节点，有3个属性。

// 3个属性
transient int size = 0; // 集合链表内节点数量
transient Node<E> first; // 首节点
transient Node<E> last; // 尾节点

// Appends the specified element to the end of this list
public boolean add(E e) {
    linkLast(e);
    return true;
}

void linkLast(E e) {
    final Node<E> l = last;
    final Node<E> newNode = new Node<>(l, e, null);
    last = newNode;
    if (l == null)
        first = newNode;
    else
        l.next = newNode;
    size++;
    modCount++;
}
...

Set接口源码解析

总结

Set是继承自Collection的接口，是一个不允许有重复元素的结合。
AbstractSet是一个抽象类，继承自AbstractCollection，AbstractCollection实现了Set中的绝大部分函数
HashSet和TreeSet是Set的两个实现类
    HashSet依赖HashMap，它实际上是通过HashMap实现的，HashSet中的元素是无序的
    TreeSet依赖TreeMap，它实际上是通过TreeMap实现的，TreeSet中的元素是有序的

AbstractSet源码解析

AbstractSet没有对Set做多少的实现，其继承了AbstractCollection

源码解析

    public boolean equals(Object o) {
        if (o == this)
            return true;

        if (!(o instanceof Set))
            return false;
        Collection c = (Collection) o;
        if (c.size() != size())
            return false;
        try {
            return containsAll(c);
        } catch (ClassCastException unused)   {
            return false;
        } catch (NullPointerException unused) {
            return false;
        }
    }

HashSet源码解析和使用

总结

HashSet是一个没有重复元素的集合，它是由HashMap实现的（HashMap中key不能重复），不保证元素的顺序，而且HashSet允许使用null元素。
HashSet是非同步的，因此如果多线程同时访问一个HashSet，而其中至少有一个线程修改了该HashSet的话，那么需要保持外部同步，通常可以对该Set的对象封装来完成同步操作，也可以使用Collections.synchronizedSet方法来完成。
HashSet是通过Iterator迭代遍历的

常用方法

HashSet()
HashSet(int initialCapacity)
HashSet(int initialCapacity, float loadFactor)
HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy)
HashSet(Collection<? extends E> c)
boolean add(E)
void clear()
Object clone()
boolean contains(Object object)
boolean isEmpty()
Iterator<E> iterator()
boolean remove(Object object)
int size()

源码解析

    private transient HashMap<E,Object> map;

    // Dummy value to associate with an Object in the backing Map
    private transient HashMap<E,Object> map;

    // new一个HashSet的时候其实是new的HashMap
    public HashSet() {
        map = new HashMap<>();
    }

    /*
    * Constructs a new set containing the elements in the specified
    * collection.  The <tt>HashMap</tt> is created with default load factor
    * (0.75) and an initial capacity sufficient to contain the elements in
    * the specified collection.
    *
    * @param c the collection whose elements are to be placed into this set
    * @throws NullPointerException if the specified collection is null
    调用的是Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16), 比较(int) (c.size()/.75f) + 1和16的大小
    选择加载因子为.75是出于效率的考虑（时间和空间成本）
    如果HashMap的当前size >= threadhold(也就是Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16))，那么在添加元素的时候，size是要翻倍的，也就是说HashMap的容量必须是2的指数，具体跟踪put方法
    */
    public HashSet(Collection<? extends E> c) {
        map = new HashMap<>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));
        addAll(c);
    }

    public V put(K key, V value) {
        if (table == EMPTY_TABLE) {
            /*
            会重新计算capacity int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize);
            roundUpToPowerOf2（toSize）
            return number >= MAXIMUM_CAPACITY
                ? MAXIMUM_CAPACITY
                : (number > 1) ? Integer.highestOneBit((number - 1) << 1) : 1;

            public static int highestOneBit(int i) {
                // HD, Figure 3-1
                i |= (i >>  1);
                i |= (i >>  2);
                i |= (i >>  4);
                i |= (i >>  8);
                i |= (i >> 16);
                return i - (i >>> 1);
            }
            */
            inflateTable(threshold);
        }
        if (key == null)
            return putForNullKey(value);
        int hash = hash(key);
        int i = indexFor(hash, table.length);
        for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
            Object k;
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;
            }
        }

        modCount++;
        addEntry(hash, key, value, i); // 这里调用addEntry
        return null;
    }

    // 迭代遍历的时候遍历的是key
    public Iterator<E> iterator() {
        return map.keySet().iterator();
    }

    // add的时候插入的是key
    public boolean add(E e) {
        return map.put(e, PRESENT)==null;
    }

    /** 浅拷贝
     * Returns a shallow copy of this <tt>HashSet</tt> instance: the elements
     * themselves are not cloned.
     *
     * @return a shallow copy of this set
     */
    public Object clone() {
        try {
            HashSet<E> newSet = (HashSet<E>) super.clone();
            newSet.map = (HashMap<E, Object>) map.clone();
            return newSet;
        } catch (CloneNotSupportedException e) {
            throw new InternalError();
        }
    }
    /**
     * Save the state of this <tt>HashSet</tt> instance to a stream (that is,
     * serialize it).
     *
     * @serialData The capacity of the backing <tt>HashMap</tt> instance
     *             (int), and its load factor (float) are emitted, followed by
     *             the size of the set (the number of elements it contains)
     *             (int), followed by all of its elements (each an Object) in
     *             no particular order.
     */
    private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
        throws java.io.IOException {
        // Write out any hidden serialization magic
        s.defaultWriteObject();

        // Write out HashMap capacity and load factor
        s.writeInt(map.capacity());
        s.writeFloat(map.loadFactor());

        // Write out size
        s.writeInt(map.size());

        // Write out all elements in the proper order.
        for (E e : map.keySet())
            s.writeObject(e);
    }

    /**
     * Reconstitute the <tt>HashSet</tt> instance from a stream (that is,
     * deserialize it).
     */
    private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
        throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
        // Read in any hidden serialization magic
        s.defaultReadObject();

        // Read in HashMap capacity and load factor and create backing HashMap
        int capacity = s.readInt();
        float loadFactor = s.readFloat();
        map = (((HashSet)this) instanceof LinkedHashSet ?
               new LinkedHashMap<E,Object>(capacity, loadFactor) :
               new HashMap<E,Object>(capacity, loadFactor));

        // Read in size
        int size = s.readInt();

        // Read in all elements in the proper order.
        for (int i=0; i<size; i++) {
            E e = (E) s.readObject();
            map.put(e, PRESENT);
        }
    }

TreeSet源码解析和使用

总结

public class TreeSet<E> extends AbstractSet<E> implements NavigableSet<E>, Cloneable, Serializable {}

TreeSet是一个有序并且没有重复的Set集合，它是通过TreeMap实现的
TreeSet实现了NavigableSet接口，因此其支持集合的导航方法，如lower（返回小于）, floor（返回小于等于）, ceiling（返回大于等于）, higher（返回大于），如果不存在这样的元素，则返回null

源码解析

    // The backing map. 数据存储在这个对象中
    private transient NavigableMap<E, Object> m;
    private static final Object ORESENT = new Obect();

    public TreeSet() {
        this(new TreeMap<E,Object>());
    }

    public TreeSet(Collection<? extends E> c) {
        this();
        addAll(c);
    }

    // 带比较器的构造函数
    public TreeSet(Comparator<? super E> comparator) {
        this(new TreeMap<>(comparator));
    }

    TreeSet(NavigableMap<E,Object> m) {
        this.m = m;
    }

    public TreeSet(SortedSet<E> s) {
        this(s.comparator());
        addAll(s);
    }

    // 迭代器
    public Iterator<E> iterator() {
        return m.navigableKeySet().iterator();
    }

    public boolean add(E e) {
        return m.put(e, PRESENT)==null;
    }

    /* Returns the least key greater than or equal to the given key, or {@code null} if there is no such key.
    返回集合中大于等于给定元素的最小元素，有点绕，还是英文比较好理解
    */
    public E ceiling(E e) {
        return m.ceilingKey(e);
    }

    /*
    Returns the least key strictly greater than the given key, or {@code null} if there is no such key.
    返回集合中大于给定元素的最小元素
    */
    public E higher(E e) {
        return m.higherKey(e);
    }

    /*
    Returns the greatest key strictly less than the given key, or {@code null} if there is no such key.
    返回集合中小于给定元素的最大元素
    */
    public E lower(E e) {
        return m.lowerKey(e);
    }

    /*
    Returns the greatest key less than or equal to the given key, or {@code null} if there is no such key.
    返回几何中小于或等于给定元素的最大元素
    */
    public E floor(E e) {
        return m.floorKey(e);
    }

Queue接口源码解析

源码分析

public interface Queue<E> extends Collection<E> {
    boolean add(e) // add比offer的区别在于add时如果capacity超了，会报错，而offer不会
    boolean offer(e)
    E remove() // 返回队列的第一个元素，并且删除，如果队列为空，报NoSuchElementException
    E poll() // 返回队列的第一个元素，并且删除，如果队列为空，返回null
    E element() // 返回队列的第一个元素，不删除，如果队列为空，报NoSuchElementException
    E peek() // 返回队列的第一个元素，不删除，如果队列为空，返回null
}

Deque接口源码解析

总结

双向队列，继承自Queue接口，同时提供了丰富的操作队列的方法，具体可参考LinkedList源码分析

LinkedList使用

Go to here LinkedList源码解析和使用

Map集合下常用实现类详解

总结

Map是一个键值对的接口，Map<K, V>
AbstractMap实现了Map接口，但是几乎没有实现Map中的方法，但是却定义了一些常用的方法
SortedMap继承自Map接口，SortedMap中的内容是排序了的键值对，排序的方法是通过比较器（Comparator）
NavigableMap是继承自SortedMap的接口，相对于SortedMap，NavigableMap有一系列的导航方法，如获取>, <, >=, <=的值
TreeMap继承自AbstractMap，实现了NavigableMap接口，因此，TreeMap是有序的键值对
HashMap继承自AbstractMap，没有实现SortedMap，因此，HashMap不是有序的键值对。HashMap允许插入key或者value为null的元素
Hashtable没有继承自AbstractMap，继承的是Dictionary，实现了Map接口，因此，Hashtable是无序的键值对。Hashtable不允许插入key或者value为null的元素，Hashtable的方法加了synchronized关键字，保证了线程的安全。
WeakhashMap继承自AbstractMap，大致来说它与HashMap的键类型不同，WeakHashMap使用的是“弱键”（内存不足时会被GC收掉）

源码分析

void clear();
boolean containsKey(Object key);
boolean containsValue(Object value);
Set<Map.Entry<K, V> entrySet();
boolean equals(Object o);
V get(Object obj);
boolean isEmpty();
Set<K> keySet(); // 返回key的集合，因为key不重复，所以用Set接收
V put(K k, V v);
void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m);
V remove(Object key);
int size();
Collections<V> values(); // 返回value的结合，values是重复的

// Map中还有一个内置的接口 Map#entrySet()
interface Entry<K,V> {
    K getKey();
    V getValue();
    int hashCode();
    V setValue(V);
    boolean equals(Object obj)
}

AbstractMap接口源码解析

AbstractMap实现了Map接口，实现了一些通用的方法

源码解析

// 巧妙的写法
private static boolean eq(Object o1, Object o2) {
    return o1 == null ? o2 == null : o1.equals(o2);
}

HashMap源码解析和使用

定义

public class HashMap<K, V> extends AbstractMap<K, V> implements Map<K, V>, Cloneable, Serializable {}

构造函数

public HashMap() {
    this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR); // initial capacity=16 load factor=0.75
}

public HashMap(int initialCapacity) {
    this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {}

public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {}

public method

void clear()
Object clone()
boolean containsKey(Object key)
boolean containsValue(Object value)
Set<Entry<K, V>> entrySet()
V get(Object obj)
boolean isEmpty()
Set<K> keySet()
V put(K k, V v)
void putAll(Map<? extends K, ? extends V>)
V remove(Object obj)
int size()
String toString()
Collection<V> values()

源码解析

    // 数据存储在这里，一个叫table的变量中
    transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE;
    // 看下Entry的定义，每一个Entry是一个单向链表
    static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final K key;
        V value;
        Entry<K,V> next;
        int hash;

        /**
         * Creates new entry.
         */
        Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
            value = v;
            next = n;
            key = k;
            hash = h;
        }
    }
    // 接下来我们就看下HashMap是如何存储值的。我们都知道HashMap中使用put(K k, V v)来存储值
    public V put(K key, V value) {
        if (table == EMPTY_TABLE) {
            inflateTable(threshold);
        }
        if (key == null)
            return putForNullKey(value); // 存储null key，直接调价到table[0]中
        int hash = hash(key); // 首先根据key计算出hash值
        int i = indexFor(hash, table.length); // 再根据hash值，计算出数据索引，也就是Entry<K, V>在table中的索引
        // 然后根据索引找到table中的Entry（是一个单向链表），通过e.next循环遍历单项链表
        for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
            Object k;
            // 将key与每一个Entry的key进行对比，哈希值进行对比，如果key已经存在就替换掉旧值，并且返回旧值
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;
            }
        }

        modCount++;
        // 如果key不存在Entry链表中，就新建一个Entry
        addEntry(hash, key, value, i);
        return null;
    }

    // addEntry的时候索引值为0，
    private V putForNullKey(V value) {
        for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
            if (e.key == null) {
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;
            }
        }
        modCount++;
        addEntry(0, null, value, 0);
        return null;
    }

    // 在table中的index是0，所以HashMap有一个固定存储key为null的值，此位置为table的第一个位置
    void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
            resize(2 * table.length); // size翻倍
            hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
            bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
        }

        createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
    }

    void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
        table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
        size++;
    }
// 插入null值之后，循环调用Map#put方法插入1-18
::hash:: 0 ::key:: null ::value:: 1 ::bucketIndex:: 0
::hash:: 50 ::key:: 1 ::value:: value 1 ::bucketIndex:: 2
::hash:: 49 ::key:: 2 ::value:: value 2 ::bucketIndex:: 1
::hash:: 48 ::key:: 3 ::value:: value 3 ::bucketIndex:: 0
::hash:: 55 ::key:: 4 ::value:: value 4 ::bucketIndex:: 7
::hash:: 54 ::key:: 5 ::value:: value 5 ::bucketIndex:: 6
::hash:: 53 ::key:: 6 ::value:: value 6 ::bucketIndex:: 5
::hash:: 52 ::key:: 7 ::value:: value 7 ::bucketIndex:: 4
::hash:: 59 ::key:: 8 ::value:: value 8 ::bucketIndex:: 11
::hash:: 58 ::key:: 9 ::value:: value 9 ::bucketIndex:: 10
::hash:: 1650 ::key:: 10 ::value:: value 10 ::bucketIndex:: 2
::hash:: 1614 ::key:: 11 ::value:: value 11 ::bucketIndex:: 14
::hash:: 1615 ::key:: 12 ::value:: value 12 ::bucketIndex:: 15
::hash:: 1612 ::key:: 13 ::value:: value 13 ::bucketIndex:: 12
::hash:: 1613 ::key:: 14 ::value:: value 14 ::bucketIndex:: 13
::hash:: 1610 ::key:: 15 ::value:: value 15 ::bucketIndex:: 10
::hash:: 1611 ::key:: 16 ::value:: value 16 ::bucketIndex:: 11
::hash:: 1608 ::key:: 17 ::value:: value 17 ::bucketIndex:: 8

总结

HashMap继承于AbstractMap类，实现了Map接口。Map是"key-value键值对"接口，AbstractMap实现了"键值对"的通用函数接口。
HashMap是通过"拉链法"实现的哈希表。它包括几个重要的成员变量：table, size, threshold, loadFactor, modCount。
    table是一个Entry[]数组类型，而Entry实际上就是一个单向链表。哈希表的"key-value键值对"都是存储在Entry数组中的。
    size是HashMap的大小，它是HashMap保存的键值对的数量。
    threshold是HashMap的阈值，用于判断是否需要调整HashMap的容量。threshold的值="容量*加载因子"，当HashMap中存储数据的数量达到threshold时，就需要将HashMap的容量加倍。
　　loadFactor就是加载因子。
　　modCount是用来实现fail-fast机制的。

WeakHashMap源码解析和使用

定义

public class WeakhashMap<K, V> extends AbstractMap<K, V> implements Map<K, V> {}

构造函数和HashMap类似

public WeakHashMap() {
    this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}

public WeakHashMap(int initialCapacity) {
    this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}

public WeakHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {}

public WeakHashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {}

重要变量

private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
private static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
private static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75F;
Entry<K, V>[] table;
private int size;
private int threshold;
private final float loadFactor;
private final ReferenceQueue<Object> queue = new ReferenceQueue<>();
int modCount;

总结

WeakHashMap继承于AbstractMap，并且实现了Map接口。
WeakHashMap是哈希表，但是它的键是"弱键"。WeakHashMap中保护几个重要的成员变量：table, size, threshold, loadFactor, modCount, queue。
    table是一个Entry[]数组类型，而Entry实际上就是一个单向链表。哈希表的"key-value键值对"都是存储在Entry数组中的。
    size是Hashtable的大小，它是Hashtable保存的键值对的数量。
    threshold是Hashtable的阈值，用于判断是否需要调整Hashtable的容量。threshold的值="容量*加载因子"。
    loadFactor就是加载因子。
    modCount是用来实现fail-fast机制的
    queue保存的是“已被GC清除”的“弱引用的键”。

WeakHashMap和HashMap都是通过"拉链法"实现的散列表。它们的源码绝大部分内容都一样，这里就只是对它们不同的部分就是说明。
    WeakReference是“弱键”实现的哈希表。它这个“弱键”的目的就是：实现对“键值对”的动态回收。当“弱键”不再被使用到时，GC会回收它，WeakReference也会将“弱键”对应的键值对删除。
    “弱键”是一个“弱引用(WeakReference)”，在Java中，WeakReference和ReferenceQueue 是联合使用的。在WeakHashMap中亦是如此：如果弱引用所引用的对象被垃圾回收，Java虚拟机就会把这个弱引用加入到与之关联的引用队列中。 接着，WeakHashMap会根据“引用队列”，来删除“WeakHashMap中已被GC回收的‘弱键’对应的键值对”。
    另外，理解上面思想的重点是通过 expungeStaleEntries() 函数去理解。

TreeMap源码解析和使用

构造方法

public TreeMap() {
    comparator = null;
}

public TreeMap(Comparator<? super K> comparator) {
    this.comparator = comparator;
}

public TreeMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
    comparator = null;
    putAll(m);
}

public TreeMap(SortedMap<K, ? extends V> m) {}

总结

TreeMap 是一个有序的key-value集合，它是通过红黑树实现的。
TreeMap 继承于AbstractMap，所以它是一个Map，即一个key-value集合。
TreeMap 实现了NavigableMap接口，意味着它支持一系列的导航方法。比如返回有序的key集合。
TreeMap 实现了Cloneable接口，意味着它能被克隆。
TreeMap 实现了java.io.Serializable接口，意味着它支持序列化。

TreeMap基于红黑树（Red-Black tree）实现。该映射根据其键的自然顺序进行排序，或者根据创建映射时提供的 Comparator 进行排序，具体取决于使用的构造方法。
TreeMap的基本操作 containsKey、get、put 和 remove 的时间复杂度是 log(n) 。
另外，TreeMap是非同步的。 它的iterator 方法返回的迭代器是fail-fastl的

Hashtable源码解析和使用

定义

public class Hashtable<K, V> extends Dictionary<K, V> implements Map<K, V>, Cloneable, java.io.Serializable {}

构造函数

public Hashtable() {
    this(11, 0.75f);
}

public Hashtable(int initialCapacity) {
    this(initialCapacity, 0.75f);
}

public Hashtable(int initialCapacity, float loadFactor) {}

public Hashtable(Map<? extends K, ? extends V> t) {}

总结

和HashMap一样，Hashtable 也是一个散列表，它存储的内容是键值对(key-value)映射。
Hashtable 继承于Dictionary，实现了Map、Cloneable、java.io.Serializable接口。
Hashtable 的函数都是同步的，这意味着它是线程安全的。它的key、value都不可以为null。此外，Hashtable中的映射不是有序的。

Hashtable 的实例有两个参数影响其性能：初始容量 和 加载因子。容量 是哈希表中桶 的数量，初始容量 就是哈希表创建时的容量。注意，哈希表的状态为 open：在发生“哈希冲突”的情况下，单个桶会存储多个条目，这些条目必须按顺序搜索。加载因子 是对哈希表在其容量自动增加之前可以达到多满的一个尺度。初始容量和加载因子这两个参数只是对该实现的提示。关于何时以及是否调用 rehash 方法的具体细节则依赖于该实现。
通常，默认加载因子是 0.75, 这是在时间和空间成本上寻求一种折衷。加载因子过高虽然减少了空间开销，但同时也增加了查找某个条目的时间（在大多数 Hashtable 操作中，包括 get 和 put 操作，都反映了这一点）。

Concurrent包下常用实现类详解

3.集合框架中体现的设计模式和编程规范

迭代器模式

Collection 继承了 Iterable 接口，其中的 iterator() 方法能够产生一个 Iterator 对象，通过这个对象就可以迭代遍历 Collection 中的元素。

从 JDK 1.5 之后可以使用 foreach 方法来遍历实现了 Iterable 接口的聚合对象。

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("a");
list.add("b");
for (String item : list) {
    System.out.println(item);
}

适配器模式

java.util.Arrays#asList() 可以把数组类型转换为 List 类型。

@SafeVarargs
public static <T> List<T> asList(T... a)

应该注意的是 asList() 的参数为泛型的变长参数，不能使用基本类型数组作为参数，只能使用相应的包装类型数组。

Integer[] arr = {1, 2, 3};
List list = Arrays.asList(arr);

也可以使用以下方式调用 asList()：

List list = Arrays.asList(1, 2, 3);

4.其他

fail-fast机制

Marker Interface

5.圈重点

Collection集合用于存Object的，不支持存储基础数据类型，这是由Collection接口的定义决定的： Collection
iterator.remove()方法必须要在调用了next()方法之后，否则会报IllegalStateException

6.Stream

List转map，按某个字段分类

    // group by City
    Map<String, List<Employee>> employeesByCity = employees.stream().collect( Collectors.groupingBy(Employee::getCity));

参考资料

集合框架图 https://img-blog.csdn.net/20160124221843905
Java集合框架概述 https://www.cnblogs.com/xiaoxi/p/6089984.html

Files

java-collection.md

Latest commit

History

java-collection.md

File metadata and controls

目录

0.Java集合框架历史

1.Java集合概述

Collection集合概述

Map集合概述

Concurrent包下的集合概述

2.Java集合详解

Collection集合下常用实现类详解

Iterator接口源码解析

Collection接口源码解析

List接口源码解析

AbstractCollection抽象类源码解析

AbstractList源码解析

ArrayList源码解析和使用

Vector源码解析和使用

Stack源码解析和使用

AbstractSequentialList抽象类源码解析

LinkedList源码解析和使用

Set接口源码解析

AbstractSet源码解析

HashSet源码解析和使用

TreeSet源码解析和使用

Queue接口源码解析

Deque接口源码解析

LinkedList使用

Map集合下常用实现类详解

AbstractMap接口源码解析

HashMap源码解析和使用

WeakHashMap源码解析和使用

TreeMap源码解析和使用

Hashtable源码解析和使用

Concurrent包下常用实现类详解

3.集合框架中体现的设计模式和编程规范

迭代器模式

适配器模式

4.其他

fail-fast机制

Marker Interface

5.圈重点

6.Stream

参考资料