八、集合类Vector、ArrayList、LinkedList

时间 2019-12-09 标签八集合类 vector arraylist linkedlist

Verctor 是 Java 早期提供的线程安全的动态数组，若是不须要线程安全，并不建议选择，毕竟同步是有额外开销的.Vector是基于synchronized实现的线程安全的ArrayList。Vector 内部是使用对象数组来保存数据，能够根据须要自动的增长容量，当数组已满时，会建立新的数组，并拷贝原有数组数据。Vector，默认建立一个大小为10的Object数组，并将capacityIncrement设置为0；当插入元素数组大小不够时，若是capacityIncrement>0，则将Object数组的大小扩大为现有size+capacityIncrement；若是capacityIncrement<=0,则将Object数组的大小扩大为现有大小的2倍。java

ArrayList 是应用更加普遍的动态数组实现，它自己不是线程安全的，因此性能要好不少。与 Vector 近似，ArrayList 也是能够根据须要调整容量，不过二者的调整逻辑有所区别，Vector 在扩容时会提升 1 倍，而 ArrayList 则是增长 50%。ArrayList在执行插入元素是超过当前数组预约义的最大值时，数组须要扩容，扩容过程须要调用底层System.arraycopy()方法进行大量的数组复制操做；在删除元素时并不会减小数组的容量（若是须要缩小数组容量，能够调用trimToSize()方法）；在查找元素时要遍历数组，对于非null的元素采起equals的方式寻找。面试

LinkedList 顾名思义是 Java 提供的双向链表，因此它不须要像上面两种那样调整容量，它也不是线程安全的。它也能够被看成堆栈、队列或双端队列进行操做。算法

Vector 和 ArrayList 做为动态数组，其内部元素以数组形式顺序存储的，因此很是适合随机访问的场合。除了尾部插入和删除元素，每每性能会相对较差，好比咱们在中间位置插入一个元素，须要移动后续全部元素。而 LinkedList 以链表形式存储的，进行节点插入、删除却要高效得多，可是随机访问性能则要比动态数组慢。编程

排序算法须要熟知：数组

内部排序，至少掌握基础算法如归并排序、交换排序（冒泡、快排）、选择排序、插入排序等。安全

外部排序，掌握利用内存和外部存储处理超大数据集，至少要理解过程和思路。并发

考察算法不只仅是如何简单实现，面试官每每会刨根问底，好比哪些是排序是不稳定的呢（快排、堆排），或者思考稳定意味着什么；对不一样数据集，各类排序的最好或最差状况；从某个角度如何进一步优化（好比空间占用，假设业务场景须要最小辅助空间，这个角度堆排序就比归并优异）等，从简单的了解，到进一步的思考，面试官一般还会观察面试者处理问题和沟通时的思路。框架

Java 的集合框架，Collection 接口是全部集合的根，而后扩展开提供了三大类集合，分别是：函数

List，也就是咱们前面介绍最多的有序集合，它提供了方便的访问、插入、删除等操做。工具
Set，Set 是不容许重复元素的，这是和 List 最明显的区别，也就是不存在两个对象 equals 返回 true。咱们在平常开发中有不少须要保证元素惟一性的场合。
Queue/Deque，则是 Java 提供的标准队列结构的实现，除了集合的基本功能，它还支持相似先入先出（FIFO， First-in-First-Out）或者后入先出（LIFO，Last-In-First-Out）等特定行为。这里不包括 BlockingQueue，由于一般是并发编程场合，因此被放置在并发包里。

每种集合的通用逻辑，都被抽象到相应的抽象类之中，好比 AbstractList 就集中了各类 List 操做的通用部分。这些集合不是彻底孤立的，好比，LinkedList 自己，既是 List，也是 Deque 。

TreeSet 代码里实际默认是利用 TreeMap 实现的，Java 类库建立了一个 Dummy 对象“PRESENT”做为 value，而后全部插入的元素实际上是以键的形式放入了 TreeMap 里面；同理，HashSet 其实也是以 HashMap 为基础实现的，原来他们只是 Map 类的马甲！

TreeSet 支持天然顺序访问，可是添加、删除、包含等操做要相对低效（log(n) 时间）。

HashSet 则是利用哈希算法，理想状况下，若是哈希散列正常，能够提供常数时间的添加、删除、包含等操做，可是它不保证有序。

LinkedHashSet，内部构建了一个记录插入顺序的双向链表，所以提供了按照插入顺序遍历的能力，与此同时，也保证了常数时间的添加、删除、包含等操做，这些操做性能略低于 HashSet，由于须要维护链表的开销。

在遍历元素时，HashSet 性能受自身容量影响，因此初始化时，除非有必要，否则不要将其背后的 HashMap 容量设置过大。而对于 LinkedHashSet，因为其内部链表提供的方便，遍历性能只和元素多少有关系。

除了 java.util.concurrent 里面的线程安全容器，在 Collections 工具类中，提供了一系列的 synchronized 方法返回线程安全的同步列表对象，如：

List list = Collections.synchronizedList(new ArrayList());

它的实现，基本就是将每一个基本方法，好比 get、set、add 之类，都经过 synchronizd 添加基本的同步支持，很是简单粗暴，但也很是实用。注意这些方法建立的线程安全集合，都符合迭代时 fail-fast 行为，当发生意外的并发修改时，尽早抛出 ConcurrentModificationException 异常，以免不可预计的行为。

Java 提供的默认排序算法：

须要区分是 Arrays.sort() 仍是 Collections.sort() （底层是调用 Arrays.sort()）；什么数据类型；多大的数据集（过小的数据集，复杂排序是不必的，Java 会直接进行二分插入排序）等。

对于基本数据类型，目前使用的是所谓双轴快速排序（Dual-Pivot QuickSort），是一种改进的快速排序算法，早期版本是相对传统的快速排序。

对于引用数据类型，目前则是使用TimSort，思想上也是一种归并和二分插入排序（binarySort）结合的优化排序算法。TimSort 并非 Java 的首创，简单说它的思路是查找数据集中已经排好序的分区（这里叫 run），而后合并这些分区来达到排序的目的。

Java 8 引入了并行排序算法（直接使用 parallelSort 方法），这是为了充分利用现代多核处理器的计算能力，底层实现基于 fork-join 框架，当处理的数据集比较小的时候，差距不明显，甚至还表现差一点；可是，当数据集增加到数万或百万以上时，提升就很是大了，具体仍是取决于处理器和系统环境。

排序算法仍然在不断改进，最近双轴快速排序实现的做者提交了一个更进一步的改进，历时多年的研究，目前正在审核和验证阶段。根据做者的性能测试对比，相比于基于归并排序的实现，新改进能够提升随机数据排序速度提升 10%～20%。

在 Java 8 之中，Java 平台支持了 Lambda 和 Stream，相应的 Java 集合框架也进行了大范围的加强，以支持相似为集合建立相应 stream 或者 parallelStream 的方法实现，咱们能够很是方便的实现函数式代码。阅读 Java 源代码，你会发现，这些 API 的设计和实现比较独特，它们并非实如今抽象类里面，而是以默认方法的形式实如今 Collection 这样的接口里！这是 Java 8 在语言层面的新特性，容许接口实现默认方法，理论上来讲，咱们原来实如今相似 Collections 这种工具类中的方法，大多能够转换到相应的接口上。

在 Java 9 中，Java 标准类库提供了一系列的静态工厂方法，好比，List.of()、Set.of()，大大简化了构建小的容器实例的代码量。而且集合实例都是容量很是有限的，并且在生命周期中并不会进行修改。

之前这么写：

ArrayList<String>  list = new ArrayList<>();
list.add("Hello");
list.add("World");

利用新的容器静态工厂方法，一句代码就够了，而且保证了不可变性。如今能够这么写：

List<String> simpleList = List.of("Hello","world");

更进一步，经过各类 of 静态工厂方法建立的实例，还应用了一些咱们所谓的最佳实践，好比，它是不可变的，符合咱们对线程安全的需求；它由于不须要考虑扩容，因此空间上更加紧凑等。

java堆结构PriorityQueue彻底解析：

PriorityQueue队列，是基于最小堆原理实现。http://www.noobyard.com/article/p-hmygphim-ne.html

PriorityQueue队列不适合进场出队入队的频繁操做，可是他的优先级特性很是适合一些对顺序有要求的数据处理场合。且非线程安全的。