大家好,我是你们的小米小编,在这里我将为大家带来一场关于Java集合的底层实现的深度解析。作为面试题,对于HashMap、LinkedHashMap、ConcurrentHashMap、ArrayList、LinkedList这五个常用的数据结构,我们一起来揭开它们神秘的面纱,一起探索它们是如何在底层实现的吧!
HashMap
HashMap是Java中最常用的一种哈希表实现。它基于键(Key)-值(Value)对的存储方式,通过哈希算法来保证元素的快速查找。
底层数据结构:数组+链表+红黑树(JDK 8及以上版本)
- 数组: HashMap的核心数据结构是一个Entry数组,每个Entry对象包含一个键值对,以及用于解决哈希冲突的链表或红黑树的指针。数组的初始大小是16(JDK 8及以上版本),每次扩容都是当前大小的2倍。
- 链表: 当发生哈希冲突时,即不同的键计算出相同的哈希值,新的Entry会被插入到数组对应位置的链表中。
- 红黑树: JDK 8及以上版本,在哈希冲突的链表长度超过一定阈值(默认为8),链表会转化为红黑树,以提高搜索效率。
LinkedHashMap
LinkedHashMap继承自HashMap,除了具有HashMap的特性外,还能保持元素的插入顺序。
底层数据结构:HashMap + 双向链表
- HashMap: LinkedHashMap内部依然使用HashMap来存储键值对,维护着快速的查找能力。
- 双向链表: 在HashMap的基础上,LinkedHashMap引入了一个双向链表来维护元素的插入顺序。每次插入新元素时,除了在HashMap中添加Entry,还会在双向链表的尾部插入新的节点。
LinkedHashMap保持了键值对的添加顺序,所以在遍历时,输出的顺序与添加顺序相同。
ConcurrentHashMap
ConcurrentHashMap是为了在多线程环境下提供高效的并发性能而设计的集合类。
底层数据结构:数组+链表+红黑树(JDK 8及以上版本)
- 数组: 与HashMap类似,ConcurrentHashMap的底层也是一个Entry数组,每个Entry存储一个键值对。
- 链表与红黑树: 处理哈希冲突的方式与HashMap相同,通过链表或红黑树来解决冲突,提高查询效率。
- 分段锁: ConcurrentHashMap引入了“分段锁”机制,将整个数据结构划分成多个小的Segment,每个Segment独立地控制一部分数据。这样,在多线程环境下,不同线程可以同时访问不同的Segment,从而提高了并发性能。
ArrayList
ArrayList是基于动态数组实现的,它提供了快速的随机访问能力。
底层数据结构:数组
- 数组: ArrayList的底层是一个Object类型的数组,默认初始容量为10。每次扩容时,当前容量会增加50%。
- 动态扩容: 当元素数量超过当前数组容量时,ArrayList会触发扩容操作,创建一个更大的数组,并将原有数据复制到新数组中。
LinkedList
LinkedList是基于双向链表实现的,它提供了快速的插入和删除能力。
底层数据结构:双向链表
- 双向链表: LinkedList的底层是一个双向链表,每个节点包含元素值、前向指针和后向指针。
- 插入和删除: 由于双向链表的特性,插入和删除操作非常高效,只需要调整节点的指针即可。
总结
通过本次深入解析,我们了解到了HashMap、LinkedHashMap、ConcurrentHashMap、ArrayList、LinkedList的底层实现原理。
- HashMap和LinkedHashMap都使用数组+链表(或红黑树)的数据结构,其中LinkedHashMap又额外引入了双向链表来保持插入顺序。
- ConcurrentHashMap在保留HashMap特性的基础上,通过分段锁的机制提高了并发性能。
- ArrayList是基于动态数组实现,提供了快速的随机访问能力。
- LinkedList是基于双向链表实现,提供了快速的插入和删除能力。