這幾道Java集合框架面試題在面試中幾乎必問

arraylist 與 linkedlist 異同

arraylist 與 vector 區別

hashmap的底層實現

hashmap 和 hashtable 的區別

hashmap 的長度為什麼是2的冪次方

hashset 和 hashmap 區別

concurrenthashmap 和 hashtable 的區別

concurrenthashmap執行緒安全的具體實現方式/底層具體實現

集合框架底層資料結構總結

雙向鍊錶也叫雙鏈表，是鍊錶的一種，它的每個資料結點中都有兩個指標，分別指向直接後繼和直接前驅。所以，從雙向鍊錶中的任意乙個結點開始，都可以很方便地訪問它的前驅結點和後繼結點。一般我們都構造雙向迴圈鍊錶，如下圖所示，同時下圖也是linkedlist 底層使用的是雙向迴圈鍊錶資料結構。

vector類的所有方法都是同步的。可以由兩個執行緒安全地訪問乙個vector物件、但是乙個執行緒訪問vector的話**要在同步操作上耗費大量的時間。

arraylist不是同步的，所以在不需要保證執行緒安全時時建議使用arraylist。

jdk1.8 之前 hashmap 由陣列+鍊錶組成的（「鍊錶雜湊」即陣列和鍊錶的結合體），陣列是 hashmap 的主體，鍊錶則是主要為了解決雜湊衝突而存在的（hashmap 採用「拉鍊法也就是鏈位址法」解決衝突），如果定位到的陣列位置不含鍊錶（當前 entry 的 next 指向 null ）,那麼對於查詢，新增等操作很快，僅需一次定址即可；如果定位到的陣列包含鍊錶，對於新增操作，其時間複雜度依然為 o(1)，因為最新的 entry 會插入鍊錶頭部，急需要簡單改變引用鏈即可，而對於查詢操作來講，此時就需要遍歷鍊錶，然後通過 key 物件的 equals 方法逐一比對查詢.

所謂「拉鍊法」就是將鍊錶和陣列相結合。也就是說建立乙個鍊錶陣列，陣列中每一格就是乙個鍊錶。若遇到雜湊衝突，則將衝突的值加到鍊錶中即可。

相比於之前的版本， jdk1.8之後在解決雜湊衝突時有了較大的變化，當鍊表長度大於閾值（預設為8）時，將鍊錶轉化為紅黑樹，以減少搜尋時間。

treemap、treeset以及jdk1.8之後的hashmap底層都用到了紅黑樹。紅黑樹就是為了解決二叉查詢樹的缺陷，因為二叉查詢樹在某些情況下會退化成乙個線性結構。

推薦閱讀：執行緒是否安全：hashmap 是非執行緒安全的，hashtable 是執行緒安全的；hashtable 內部的方法基本都經過synchronized修飾。（如果你要保證執行緒安全的話就使用 concurrenthashmap 吧！）；

效率：因為執行緒安全的問題，hashmap 要比 hashtable 效率高一點。另外，hashtable 基本被淘汰，不要在**中使用它；

對null key 和null value的支援：hashmap 中，null 可以作為鍵，這樣的鍵只有乙個，可以有乙個或多個鍵所對應的值為 null。。但是在 hashtable 中 put 進的鍵值只要有乙個 null，直接丟擲 nullpointerexception。

初始容量大小和每次擴充容量大小的不同：①建立時如果不指定容量初始值，hashtable 預設的初始大小為11，之後每次擴充，容量變為原來的2n+1。hashmap 預設的初始化大小為16。之後每次擴充，容量變為原來的2倍。②建立時如果給定了容量初始值，那麼 hashtable 會直接使用你給定的大小，而 hashmap 會將其擴充為2的冪次方大小。也就是說 hashmap 總是使用2的冪作為雜湊表的大小,後面會介紹到為什麼是2的冪次方。

底層資料結構：jdk1.8 以後的 hashmap 在解決雜湊衝突時有了較大的變化，當鍊表長度大於閾值（預設為8）時，將鍊錶轉化為紅黑樹，以減少搜尋時間。hashtable 沒有這樣的機制。

為了能讓 hashmap 訪問高效，盡量較少碰撞，也就是要盡量把資料分配均勻，每個鍊錶/紅黑樹長度大致相同。這個實現就是把資料存到哪個鍊錶/紅黑樹中的演算法。

這個演算法應該如何設計呢？

我們首先可能會想到採用%取餘的操作來實現。但是，重點來了：「取餘(%)操作中如果除數是2的冪次則等價於與其除數減一的與(&)操作（也就是說 hash%length==hash&(length-1)的前提是 length 是2的 n 次方；）。」並且採用二進位制位操作 &，相對於%能夠提高運算效率，這就解釋了 hashmap 的長度為什麼是2的冪次方。

concurrenthashmap 和 hashtable 的區別主要體現在實現執行緒安全的方式上不同。

兩者的對比圖：

hashtable:

jdk1.7的concurrenthashmap：

jdk1.8的concurrenthashmap（treebin: 紅黑二叉樹節點 node: 鍊錶節點）：

首先將資料分為一段一段的儲存，然後給每一段資料配一把鎖，當乙個執行緒占用鎖訪問其中乙個段資料時，其他段的資料也能被其他執行緒訪問。

concurrenthashmap 是由 segment 陣列結構和 hahentry 陣列結構組成。

segment 實現了 reentrantlock,所以 segment 是一種可重入鎖，扮演鎖的角色。hashentry 用於儲存鍵值對資料。

static class segmentextends reentrantlock implements serializable 
複製**

乙個 concurrenthashmap 裡包含乙個 segment 陣列。segment 的結構和hashmap類似，是一種陣列和鍊錶結構，乙個 segment 包含乙個 hashentry 陣列，每個 hashentry 是乙個鍊錶結構的元素，每個 segment 守護著乙個hashentry陣列裡的元素，當對 hashentry 陣列的資料進行修改時，必須首先獲得對應的 segment的鎖。

concurrenthashmap取消了segment分段鎖，採用cas和synchronized來保證併發安全。資料結構跟hashmap1.8的結構類似，陣列+鍊錶/紅黑二叉樹。

synchronized只鎖定當前鍊錶或紅黑二叉樹的首節點，這樣只要hash不衝突，就不會產生併發，效率又提公升n倍。

1. list

2. set

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