1. Java数据结构
- 1.1 数组（Array）
- 1.2 链表（Linked List）
- 栈（Stack）
- 1.3 队列（Queue）
- 1.4 树（Tree）
- 1.5 堆（Heap）
- 1.6 图（Graph）
- 1.7 哈希表（Hash）
2. 集合类图
3. List接口常用的实现类
- 3.1 ArrayList
- 3.2 LinkedList
- 3.3 Vector
- 3.4 CopyOnWriteArrayList
4. Set接口常用的实现类
- 4.1 HashSet
- 4.2 TreeSet
5. Map接口常用的实现类
- 5.1 HashMap
- - 5.1.1 红黑树和链表转换
  - 5.1.2 HashMap 重要属性
  - 5.1.3 HashMap 插入流程
  - 5.1.4 HashMap 扩容流程
  - 5.1.5 e.hash & oldCap == 0
  - 5.1.6 JDK1.8 做了哪些优化
  - 5.1.6 为什么用String类型当HashMap的key
- 5.2 HashTable
- 5.3 SortedMap
- 5.4 ConcurrentHashMap
- 5.5 LinkedHashMap

1. Java数据结构

1.1 数组（Array）

 1. 需要连续的内存空间。2. 按照索引查询速度快。复杂度O(1)3. 随机添加删除元素慢。需要移动元素。4. 无法扩容。创建的时候就确定。5. 数组只能存储一种类型的数据。

1.2 链表（Linked List）

分为：单向链表和双向链表

 1. 一种递归的数据结构，分为数据部分和节点引用。2. 因为存储了节点的引用，故需要更多的存储空间。3. 无需连续的内存空间4. 不需要初始化容量且链表长度可扩展。5. 插入删除速度快，只需要更新引用，无需移动数据。6. 查询速度慢，需要遍历链表。复杂度O(n)。

栈（Stack）

1. 按照“后进先出”、“先进后出”的原则来存储数据。

1.3 队列（Queue）

1. 按照““先进先出”的原则来存储数据。

1.4 树（Tree）

1. 非线性结构，它是由 n（n>0）个有限节点组成的一个具有层次关系的集合。
2. 二叉树：每个节点最多包含两个子树。
3. 平衡二叉树：当且仅当任何节点的两棵子树的高度差不大于 1 的二叉树。
4. 红黑树：平衡二叉树的一种，通过颜色的约束来维持着二叉树的平衡。

1.5 堆（Heap）

1. 堆可以被看做是一棵树的数组对象。
2. 堆中某个节点的值总是不大于或不小于其父节点的值。
3. 堆总是一棵完全二叉树。
4. 将根节点最大的堆叫做最大堆或大根堆，根节点最小的堆叫做最小堆或小根堆。

1.6 图（Graph）

1. 复杂的非线性结构，由顶点的又穷非空集合和顶点之间边的集合组成。
2. 通常表示为G（V，E），G表示图，V表示顶点集合，E表示边的集合。
3. 图的节点之间的关系是任意的。

1.7 哈希表（Hash）

1. 是一种可以通过关键码值（key-value）直接访问的数据结构。
2. 快速实现查找、插入和删除。

2. 集合类图

3. List接口常用的实现类

主要是为顺序存储诞生的，List接口是为了存储一组不唯一的（允许重复）有序的对象。

3.1 ArrayList

1. 底层采用了数组这种数据结构；
2. 非线程安全；
3. 集合类型是Object类型；
4. 初始容量是10，扩容到原容量的1.5倍；

扩容：

数组的扩容是新建一个大容量（原始数组大小+扩充容量）的数组；
然后将原始数组数据拷贝到新数组（Arrays.copyOf浅复制）；
然后将新数组作为扩容之后的数组。

序列化：

ArrayList 底层是一个Object[]对象（elementData）；
elementData 被 transient，表示不能被序列化；
不直接序列化这个对象，是因为这个对象绝大多数情况下会有没有存储任何元素的容量空间。这样将会是一个很大的空间浪费。
而ArrayList 的序列化是对ArrayList 里面每个元素进行序列化的反序列化的。

3.2 LinkedList

1. 底层采用了双向链表的数据结构；
2. 非线程安全；

3.3 Vector

1. 底层采用了数组这种数据结构；
2. 线程安全的，所有的方法都有synchronized关键字修饰，效率低；

3.4 CopyOnWriteArrayList

1. 底层数据结构和和ArrayList一样，不过是线程安全的；

4. Set接口常用的实现类

主要特性是不允许重复的集合。对象存储不可重复性，且无序。

4.1 HashSet

1. HashSet集合在new的时候，底层实际上new了一个HashMap集合。
2. 向HashSet集合中存储元素，实际上是存储到HashMap集合中的key位置；
3. HashMap集合是一个哈希表数据结构。

4.2 TreeSet

1. TreeSet集合实际是TreeMap，new TreeSet集合的时候，底层实际上new了一个TreeMap集合。
2. 向TreeSet集合中存储元素，实际上是存储到TreeMap集合中的key位置；
3. TreeSet集合采用了二叉树数据结构。

5. Map接口常用的实现类

主要特征是Key-value。Map会维护与Key对应的值。

5.1 HashMap

1. 底层是哈希表数据结构。
2. 非线程安全；
3. 初始化容量是16，扩容是之前的2倍;
4. key和Value都允许为null.

JDK1.8之前是数组 + 链表，之后是数组 + 链表 + 红黑树实现的。

5.1.1 红黑树和链表转换

链表转红黑树的条件：

链表长度超过8个；
数据长度大于等于64；如果小于64则会进行扩容。

红黑树转链表的条件：

同一个索引位置的节点在移除后数量少于6个；
该索引位置的节点为红黑树节点。

5.1.2 HashMap 重要属性

size：已经存储的节点个数；
threshold：扩容阈值，当HashMap的个数达到该值，触发扩容。初始化时的容量。
loadFactor：负载因子，扩容阈值 = 容量 * 负载因子。负载因子越大则散列表的装填程度越高，也就是能容纳更多的元素，元素多了，链表大了，所以此时索引效率就会降低。反之浪费空间，但索引效率会提高。

5.1.3 HashMap 插入流程

其中hash计算方式 = key.hashCode() ^ key >>> 16；
n 为数组长度。

5.1.4 HashMap 扩容流程

5.1.5 e.hash & oldCap == 0

扩容后，新表的n-1 只比老表的的 n-1 在高位多了一个1。
而这一位的值刚好等于 oldCap。
所以e.hash & oldCap == 0 则新索引位置等于原索引位置；e.hash & oldCap != 0 则新索引位置等于原索引位置 + oldCap 位置。

5.1.6 JDK1.8 做了哪些优化

数组 + 链表改成数组 + 链表 + 红黑树
头插法改成尾插法
扩容计算新节点的位置，h & (length -1) 改成 h & oldCap。
hash计算优化，优化成让高16位参与了运算。

5.1.6 为什么用String类型当HashMap的key

String 复写了hashCode方法，且是根据内容计算的hash值，而不是通过地址计算（Object的hashCode）。
String 是final 修饰的不可变的，故它的hashCode被缓存下来，不需要再次计算。
equals 方法 String自己就有实现。

5.2 HashTable

1. 底层是哈希表数据结构。
2. 线程安全，所有的方法都有synchronized关键字，效率比较低；
3. 初始化容量是11，扩容是：原容量*2+1;
4. key和Value都不允许为null.

5.3 SortedMap

1. 本身不可重复无序，但是此处有自动排序，按照大小进行排序。
2. 此接口的实现类有TreeMap（二叉树结构）。

5.4 ConcurrentHashMap

JDK1.7版本：

1. 线程安全的，采用分段锁实现，默认16个Segment（也即并发数）。
2. 由一个个Segment组成，通过继承ReenTrantLock来进行加锁。

JDK1.8版本：

1. ConcurrentHashMap结构基本上和Java8的HashMap一样。采用了数组+链表+红黑树的实现方式来设计，内部大量采用CAS操作，这里我简要介绍下CAS。
2. CAS是compare and swap的缩写，即我们所说的比较交换。cas是一种基于锁的操作，而且是乐观锁。
3. 其中value和next都用volatile修饰，保证并发的可见性。

版本差异对比：

1. 数据结构：取消了Segment分段锁的数据结构，取而代之的是数组+链表+红黑树的结构。
2. 保证线程安全机制：JDK1.7采用segment的分段锁机制实现线程安全，其中segment继承自ReentrantLock。JDK1.8采用CAS+Synchronized保证线程安全。
3. 锁的粒度：原来是对需要进行数据操作的Segment加锁，现调整为对每个数组元素加锁（Node）。
4. 链表转化为红黑树:定位结点的hash算法简化会带来弊端,Hash冲突加剧,因此在链表节点数量大于8时，会将链表转化为红黑树进行存储。

5.5 LinkedHashMap

1. LinkedHashMap是继承于HashMap，是基于HashMap和双向链表来实现的。
2. LinkedHashMap有序，可分为插入顺序和访问顺序两种。如果是访问顺序，那put和get操作已存在的Entry时，都会把Entry移动到双向链表的表尾(其实是先删除再插入)。
3. LinkedHashMap存取数据，还是跟HashMap一样使用的Entry[]的方式，双向链表只是为了保证顺序。
4. LinkedHashMap是线程不安全的。

LinkedHashMap底层是数组+单向链表+双向链表。数组+链表就是HashMap的结构，双向链表维持插入顺序用。

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