Java集合

Java集合
目录

一、数组与集合

1、集合与数组存储数据概述

2、数组存储的特点

3、数组存储的弊端

4、集合存储的优点

二、Collection接口

1、Collection接口继承树

2、Collection接口常用方法

测试1

测试2

测试3

测试4

测试5

三、Iterator接口与foreach循环

1、遍历Collection的两种方式

2、Iterator接口

3、foreach循环

四、Collection子接口：List接口

1、常用方法

2、List实现类之一：ArrayList

区分 remove(int index) 与 remove(Object obj)

3、List实现类之二：LinkedList

4、List 实现类之三：Vector

五、Collection子接口之二： Set接口

1、Set 接口概述

2、Set实现类之一：HashSet

1）向HashSet中添加元素的过程

2）重写 hashCode() 方法的基本原则

3）重写 equals() 方法的基本原则

4）Eclipse/IDEA工具里hashCode()的重写

5）案例

3、Set实现类之二：LinkedHashSet

4、Set实现类之三：TreeSet

1）自然排序

2）定制排序

六、Map接口

1、Map接口继承树

2、常用方法

七、Map实现类之一：HashMap

1、HashMap源码中的重要常量

2、JDK 7及以前版本HashMap的存储结构

1）添加元素的过程

2）HashMap的扩容

3、JDK8版本HashMap的存储结构

1）HashMap扩容和树形化

2）映射关系的key不可以修改

3）总结

4、负载因子值的大小，对HashMap的影响

八、Map实现类之二：LinkedHashMap

九、Map实现类之三：TreeMap

十、Map实现类之四：Hashtable

十一、Map实现类之五：Properties

十二、Collections工具类

一、数组与集合

1、集合与数组存储数据概述

集合、数组都是对多个数据进行存储操作的结构，简称Java容器。

说明：此时的存储，主要指的是内存层面的存储，不涉及到持久化的存储（.txt，.jpg，.avi，数据库中)

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

                Set：元素无序、不可重复的集合

                List：元素有序、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、数组存储的特点
- 一旦初始化以后，其长度就确定了。
- 数组一旦定义好，其元素的类型也就确定了。我们也就只能操作指定类型的数据了。
3、数组存储的弊端
- 一旦初始化以后，其长度就不可修改。
- 数组中提供的方法非常限，对于添加、删除、插入数据等操作，非常不便，同时效率不高。
- 获取数组中实际元素的个数的需求，数组没有现成的属性或方法可用
- 数组存储数据的特点：有序、可重复。对于无序、不可重复的需求，不能满足。
4、集合存储的优点

解决数组存储数据方面的弊端。

二、Collection接口

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、Collection接口继承树

2、Collection接口常用方法

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
测试1
```
public class CollectionTest {
    @Test
    public void test1(){
        Collection coll=new ArrayList();
        //add(Object obj)
        coll.add("AA");
        coll.add(123);//自动装箱
        coll.add(new Date());
 
        //size()
        System.out.println(coll.size());
 
        //addAll(Collection coll)
        Collection coll1 = new ArrayList();
        coll1.addAll(coll);
        System.out.println(coll1);
 
        //clear()
        coll.clear();
 
        //isEmpty();
        System.out.println(coll.isEmpty());
    }
}
```
测试2
```
public class CollectionTest {
    @Test
    public void test2() {
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(false);
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(new Person("jerry", 23));
        Person p=new Person("yu",23);
        coll.add(p);
        System.out.println(coll);
 
        //1.contains(Object obj):判断当前集合是否包含obj
        //我们在判断时会调用obj对象所在类的equals()
        boolean contains = coll.contains(123);
        System.out.println(contains);
        System.out.println(coll.contains(new String("Tom")));//true
        System.out.println(coll.contains(p));//true
        System.out.println(coll.contains(new Person("jerry", 23)));//false--->true 重写equals
 
        //2.containsAll(Collection coll1)
        Collection coll1 = Arrays.asList(123, 456);
        System.out.println(coll.containsAll(coll1));
    }
```
contains源码如下：我们在判断时会调用obj对象所在类的equals()
```
    public boolean contains(Object o) {
        return indexOf(o) >= 0;
    }
 
    public int indexOf(Object o) {
        return indexOfRange(o, 0, size);
    }
 
    int indexOfRange(Object o, int start, int end) {
        Object[] es = elementData;
        if (o == null) {
            for (int i = start; i < end; i++) {
                if (es[i] == null) {
                    return i;
                }
            }
        } else {
            for (int i = start; i < end; i++) {
                if (o.equals(es[i])) {
                    return i;
                }
            }
        }
        return -1;
    }
```
测试3
```
    @Test
    public void test3() {
        //3.remove(Object obj):从当前元素中移除obj元素
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(false);
        coll.add(new Person("jerry", 23));
 
        coll.remove(123);
        System.out.println(coll);
 
        coll.remove(new Person("jerry", 23));//删除成功 ---> 重写equals 
        System.out.println(coll);
 
        //4.removeAll(Collection coll1)
        Collection coll1 = Arrays.asList(123, 234,false);
        coll.removeAll(coll1);
        System.out.println(coll);
    }
```
remove源码：在删除时会调用obj对象所在类的equals()判断
```
    public boolean remove(Object o) {
        final Object[] es = elementData;
        final int size = this.size;
        int i = 0;
        found: {
            if (o == null) {
                for (; i < size; i++)
                    if (es[i] == null)
                        break found;
            } else {
                for (; i < size; i++)
                    if (o.equals(es[i]))
                        break found;
            }
            return false;
        }
        fastRemove(es, i);
        return true;
    }
```
测试4
```
    @Test
    public void test4(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(new Person("jerry", 23));
 
        //equals(Object obj):要想返回true,需要当前集合和形参集合的元素都相同，集合类型为有序时，顺序也要一样
        Collection coll2 = new ArrayList();
        coll2.add(123);
        coll2.add(456);
        coll2.add(new String("Tom"));
        coll2.add(new Person("jerry", 23));
        System.out.println(coll.equals(coll2));
 
        //5.retainAll(Collection coll1):获取当前集合和从coll1的交集，并返回给coll
        Collection coll1=Arrays.asList(123,345,new Person("jerry", 23),new String("Tom"));
        coll.retainAll(coll1);
        System.out.println(coll);
    }
```
测试5
```
    @Test
    public void test4(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(new Person("jerry", 23));
        coll.add(false);
 
        //hashCode():返回当前对象的哈希值
        System.out.println(coll.hashCode());
 
        //集合--->数组：toArray();
        Object[] arr= coll.toArray();
        for(int i=0;i
            System.out.println(arr[i]);
        }
 
        //拓展：数组---->集合:调用Arrays类的静态方法asList()
        Collection coll1 = Arrays.asList("aa",123,456);
        System.out.println(coll1);
    }
```
三、Iterator接口与foreach循环

1、遍历Collection的两种方式
- 使用迭代器Iterator
- jdk5.0新特性--增强for循环：(foreach循环)
2、Iterator接口

java.utils包下定义的迭代器接口：Iterator

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

使用迭代器Iterator接口遍历集合
1. 内部的方法：hasNext()和next()
2. 集合对象每次调用iterator()方法都会得到一个全新的迭代器，默认游标都在集合第一个元素前
```
    @Test
    public void test1(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(new Person("jerry", 23));
        coll.add(false);
 
        Iterator iterator = coll.iterator();
 
//      System.out.println(iterator.next());
//      System.out.println(iterator.next());
//      System.out.println(iterator.next());
//      System.out.println(iterator.next());
//      System.out.println(iterator.next());
//      报java.util.NoSuchElementException异常
//      System.out.println(iterator.next());
 
        while(iterator.hasNext()){//判断是否还有下一个元素
            //next():指针下移，将下移以后集合位置上的元素返回
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }
```
测试Iterator中的remove()：

可以在遍历时删除集合中的元素，此方法不同于集合直接调用remove()

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。
```
    @Test
    public void test4(){
        //测试Iterator中的remove
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new String("Tom"));
        coll.add(new Person("jerry", 23));
        coll.add(false);
        Iterator iterator = coll.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
//            iterator.remove();
            Object obj=iterator.next();
            if("Tom".equals(obj)){
                iterator.remove();
//                iterator.remove();
            }
        }
        iterator=coll.iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            System.out.println(iterator.next());
        }
    }
```
3、foreach循环

说明：内部仍然调用了迭代器。

for(集合元素的类型局部变量 : 集合对象)
```
    @Test
    public void test1(){
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add(123);
        coll.add(456);
        coll.add(new String("Tom"));
 
        for(Object obj:coll){
            System.out.println(obj);
        }
    }
 
    @Test
    public void test2(){
        int[] arr=new int[]{1,2,3,4,5,6};
 
        for(int i:arr){
            System.out.println(i);
        }
    }
```
判断输出结果如何
```
    @Test
    public void test() {
        String[] str = new String[5];
        for (String myStr : str) {
            myStr = "atguigu";
            System.out.println(myStr);
        }
        for (int i = 0; i < str.length; i++) {
            System.out.println(str[i]);
        }
    }
```
四、Collection子接口：List接口

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。

1、常用方法

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
2、List实现类之一：ArrayList

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。

区分 remove(int index) 与 remove(Object obj)
```
    @Test
    public void testListRemove() {
        List list = new ArrayList();
        list.add(1);
        list.add(2);
        list.add(3);
        updateList(list);
        System.out.println(list);//
    }
    private static void updateList(List list) {
        //list.remove(2); //[1 , 2]
        list.remove(new Integer(2));//[1 , 3]
    }
```
3、List实现类之二：LinkedList

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()
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 item;
        Node next;
        Node prev;
 
        Node(Node prev, E element, Node next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
    }
```
4、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()
五、Collection子接口之二： Set接口

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，则添加操作失败。
- 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”。

1）向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。

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。
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,当改写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”。

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。

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)
5）案例
```
    @Test
    public void test(){
        HashSet set = new HashSet();
        Person p1 = new Person(1001,"AA");
        Person p2 = new Person(1002,"BB");
        set.add(p1);
        set.add(p2);
        p1.name="CC";
        set.remove(p1);
        System.out.println(set);
        set.add(new Person(1001,"CC"));
        System.out.println(set);
        set.add(new Person(1001,"AA"));
        System.out.println(set);
    }
```
其中Person类重写了hashCode()和equal()方法

输出结果：

原因：p1没让删掉是因为它hash地址是按(1001，"AA")算的，而删除时按(1001,"CC")算的。

(1001,"CC")添加成功时因为(1001,"CC")的hash地址上没有值，(1001,"AA")添加成功是因为虽然hash地址相等但对象不一样。

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。
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。

特点：有序，查询速度比List快

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。

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。

六、Map接口

1、Map接口继承树

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

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、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
七、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。
1、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
2、JDK 7及以前版本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)

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。

1）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。

2）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length *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、JDK8版本HashMap的存储结构

JDK 8版本发布以后：HashMap是数组+链表+红黑树实现。

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，或树的叶子结点。

1）HashMap扩容和树形化

当 HashMap中的元素个数超过数组大小length*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，那么这个链表会变成树，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。

2）映射关系的key不可以修改

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。

3）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，当首次调用map.put()时，再创建长度为16的数组。
2. 数组为Node类型，在jdk7中称为Entry类型
3. 形成链表结构时，新添加的key-value对在链表的尾部（七上八下）
4. 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。
4、负载因子值的大小，对HashMap的影响

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。
八、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。
```
    static class Entry extends HashMap.Node {
        Entry before, after;
        Entry(int hash, K key, V value, Node next) {
            super(hash, key, value, next);
        }
    }
```
九、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。

十、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。
十一、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);
```
十二、Collections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
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。
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原文地址：https://blog.csdn.net/qq_51409098/article/details/126359180

一、数组与集合

1、集合与数组存储数据概述

2、数组存储的特点

3、数组存储的弊端

4、集合存储的优点

二、Collection接口

1、Collection接口继承树

2、Collection接口常用方法

测试1

测试2

测试3

测试4

测试5

三、Iterator接口与foreach循环

1、遍历Collection的两种方式

2、Iterator接口

3、foreach循环

四、Collection子接口：List接口

1、常用方法

2、List实现类之一：ArrayList

区分 remove(int index) 与 remove(Object obj)

3、List实现类之二：LinkedList

4、List 实现类之三：Vector

五、Collection子接口之二： Set接口

1、Set 接口概述

2、Set实现类之一：HashSet

1）向HashSet中添加元素的过程

2）重写 hashCode() 方法的基本原则

3）重写 equals() 方法的基本原则

4）Eclipse/IDEA工具里hashCode()的重写

5）案例

3、Set实现类之二：LinkedHashSet

4、Set实现类之三：TreeSet

1）自然排序

2）定制排序

六、Map接口

1、Map接口继承树

2、常用方法

七、Map实现类之一：HashMap

1、HashMap源码中的重要常量

2、JDK 7及以前版本HashMap的存储结构

1）添加元素的过程

2）HashMap的扩容

3、JDK8版本HashMap的存储结构

1）HashMap扩容和树形化

2）映射关系的key不可以修改

3）总结

4、负载因子值的大小，对HashMap的影响

八、Map实现类之二：LinkedHashMap

九、Map实现类之三：TreeMap

十、Map实现类之四：Hashtable

十一、Map实现类之五：Properties

十二、Collections工具类