JAVA 常用集合内部机制原理

对于常用的集合大家都不陌生，但是深入到内部原理可能都是一知半解，通过阅读源码理解如下。

ArrayList

ArrayList内部就是一个默认大小为10的动态对象数组容器，每当add一个新数据的时候，如果大于原来的容器大小，则会通过Arrays.copyOf把容器大小增加到原来的1.5倍，以此类推。当可以预知数据大小，可以通过initialCapacity来默认设置动态数据的大小，减少扩容带来的资源消耗。

时间复杂度：
get() - 直接读取下标 - O(1)
add(E) - 直接在后面添加 - O(1)
add(idnex, E) - 插入数据后需要移动后面的数据 - O(n)
remove(index) - 删除后需要移动 - O(n)

LinkedList

LinkedList内部是一个双向链表，add新数据的时候，其实就是调用linklast在链表尾部插入数据。删除的时候直接找到对应数据，替换掉链表的前后节点即可。

时间复杂度：
get() - 需要遍历 - O(n)
add(E) - 调用linklast直接添加在最后 - O(1)
add(index, E) - 需要先查找到原来index位置的数据，再重新指定链表前后的数据 - O(n)
remove() - 直接调用removeLast删除最后数据 - O(1)
remove(index) - 需要先查找到原来index位置的数据 - O(n)

HashMap

HashMap内部其实是一个数组，每个数组下是一个单向链表。HashMap中的数组是一个取名为Entry的类，类包含(key, value, next)这几个属性。存放规则为，数组下标按hash(key)%len获得，取得数组后则查找对应数组的值。HashMap还有个负载因子（默认0.75），当里面数组填满了75%的时候，会进行扩展到原来大小的2倍。

那么问题来了，如果在put的时候，取到hash(key)%len的值相等时不就冲突了？
HashMap的处理方法是：原来有一个Entry[0] = A，此时来一个index也是0的B，则会把Entry[0] = B，B.next = A，又来一个C的时候，则会把Entry[0] = C，C.next = B，以此类推。这样Entry就会形成一个链表，取的时候则是遍历链表取值。

这里需要提到的是，使用hashMap的时候，引入的key对象必须重写hashCode()和equal()两个函数，原因可以参考源码判断条件(if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))))，如果hashCode()没重写，则压根找不到对应数组，如果equal()没重写，则无法判断key值的内容是否相等。

public V put(K key, V value) {  
        if (key == null)  
            return putForNullKey(value); //null总是放在数组的第一个链表中  
        int hash = hash(key.hashCode());  
        int i = indexFor(hash, table.length);  
        //遍历链表  
        for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {  
            Object k;  
            //如果key在链表中已存在，则替换为新value  
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))){  
                V oldValue = e.value;  
                e.value = value;  
                e.recordAccess(this);  
                return oldValue;  
            }  
        }  
        modCount++;  
        addEntry(hash, key, value, i);  
        return null;  
}  

补充：
在Java 8之后hashmap进行了优化：由于单向链表的查询时间复杂度为O(n)，在极端情况下(每次都查找)可能存在性能问题，于是Java 8针对链表长度大于8的情况会使用时间复杂度为O(log n)的红黑树进行存储来提升存储查询的效率，时间复杂度就从原来的O(1)+O(n)变成了O(1)+O(log n)，优化了极端情况导致的性能问题。

LinkedHashMap

LinkedHashMap内部双向链表和HashMap的结合，支持多种迭代顺序，默认按插入顺序，也可以按访问顺序。
访问顺序（accessOrder=true）：调用过get访问的元素会放到链尾，迭代会从链首开始
插入顺序（accessOrder=false）：按插入顺序迭代出来

TreeMap

TreeMap内部是基于红黑树实现的，并且默认会通过compareTo按照key类型进行自然排序。TreeSet的底层是TreeMap。