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Java中的重要集合

news 来源：原创 2025/9/19 10:40:42

List

1.vector

2.ArrayList

3.CopyonWriteArraylist

4.ArrayList变成线程安全的方式

5.LinkList

Map

1.HashTable

2.HashMap

3.ConcurrentHashMap

Set

1.LinkedHashSe

List

1.vector

Vector 是线程安全的动态数组，其内部方法基本都经过synchronized修饰。Vector 在扩容时会提高 1 倍。（原来的2倍）

2.ArrayList

ArrayList 容量可变的非线程安全列表，其底层使用数组实现。当几何扩容时，会创建更大的数组，并把原数组复制到新数组。ArrayList支持对元素的快速随机访问，但插入与删除速度很慢。ArrayList在添加元素时，如果当前元素个数已经达到了内部数组的容量上限，就会触发扩容操作。扩容时容量增加 50%。（原来的1.5倍）。之所以扩容是 1.5 倍，是因为 1.5 可以充分利用移位操作，减少浮点数或者运算时间和运算次数。

// 新容量计算 int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);

ArrayList，add 增加元素的代码如下：

public boolean add(E e) {ensureCapacityInternal(size + 1);  // Increments modCount!!elementData[size++] = e;return true;}

在高并发添加数据下，ArrayList会暴露三个问题;

部分值为null（我们并没有add null进去）

部分值为null：当线程1走到了扩容那里发现当前size是9，而数组容量是10，所以不用扩容，这时候cpu让出执行权，线程2也进来了，发现size是9，而数组容量是10，所以不用扩容，这时候线程1继续执行，将数组下标索引为9的位置set值了，还没有来得及执行size++，这时候线程2也来执行了，又把数组下标索引为9的位置set了一遍，这时候两个先后进行size++，导致下标索引10的地方就为null了。

索引越界异常

索引越界异常：线程1走到扩容那里发现当前size是9，数组容量是10不用扩容，cpu让出执行权，线程2也发现不用扩容，这时候数组的容量就是10，而线程1 set完之后size++，这时候线程2再进来size就是10，数组的大小只有10，而你要设置下标索引为10的就会越界（数组的下标索引从0开始）；

size与我们add的数量不符

size与我们add的数量不符：这个基本上每次都会发生，因为size++本身就不是原子操作，可以分为三步：获取size的值，将size的值加1，将新的size值覆盖掉原来的，线程1和线程2拿到一样的size值加完了同时覆盖，就会导致一次没有加上，所以肯定不会与我们add的数量保持一致的。

3.CopyonWriteArraylist

CopyOnWriteArrayList底层也是通过一个数组保存数据，使用volatile关键字修饰数组，保证当前线程对数组对象重新赋值后，其他线程可以及时感知到。

private transient volatile Object[] array;

在写入操作时，加了一把互斥锁ReentrantLock以保证线程安全。

public boolean add(E e) {//获取锁final ReentrantLock lock = this.lock;//加锁lock.lock();try {//获取到当前List集合保存数据的数组Object[] elements = getArray();//获取该数组的长度（这是一个伏笔，同时len也是新数组的最后一个元素的索引值）int len = elements.length;//将当前数组拷贝一份的同时，让其长度加1Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);//将加入的元素放在新数组最后一位，len不是旧数组长度吗，为什么现在用它当成新数组的最后一个元素的下标？建议自行画图推演，就很容易理解。newElements[len] = e;//替换引用，将数组的引用指向给新数组的地址setArray(newElements);return true;} finally {//释放锁lock.unlock();}
}

写入新元素时，首先会先将原来的数组拷贝一份并且让原来数组的长度+1后就得到了一个新数组，新数组里的元素和旧数组的元素一样并且长度比旧数组多一个长度，然后将新加入的元素放置都在新数组最后一个位置后，用新数组的地址替换掉老数组的地址就能得到最新的数据了。

在我们执行替换地址操作之前，读取的是老数组的数据，数据是有效数据；执行替换地址操作之后，读取的是新数组的数据，同样也是有效数据，而且使用该方式能比读写都加锁要更加的效率。

读操作，读是没有加锁的，所以读是一直都能读。

public E get(int index) {return get(getArray(), index);
}

4.ArrayList变成线程安全的方式

使用Collections类的synchronizedList方法将ArrayList包装成线程安全的List：

List<String> synchronizedList = Collections.synchronizedList(arrayList);

使用CopyOnWriteArrayList类代替ArrayList，它是一个线程安全的List实现：

CopyOnWriteArrayList<String> copyOnWriteArrayList = new CopyOnWriteArrayList<>(arrayList);

使用Vector类代替ArrayList，Vector是线程安全的List实现：

Vector<String> vector = new Vector<>(arrayList);

5.LinkList

LinkedList 是双向链表，非线程安全的。插入和删除速度更快，但随机访问速度更慢。

Map

1.HashTable

HashTable：数组+链表组成的，数组是 HashTable 的主体，链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的。线程安全的哈希表，HashTable 的加锁方法是给每个方法加上 synchronized 关键字，这样锁住的是整个 Table 对象，不支持 null 键和值。默认初始容量为11，每次扩容变为原来的2n+1。

2.HashMap

HashMap：基于哈希表的Map实现，存储键值对，通过键快速查找值。Key 无序，唯一；value 不要求有序，允许重复。底层数据结构为数组+链表，插入元素后如果链表长度大于阈值（默认为8），先判断数组长度是否小于64，如果小于，则扩充数组，反之将链表转化为红黑树，以减少搜索时间。

hashMap默认的负载因子是0.75，即如果hashmap中的元素个数超过了总容量75%，则会触发扩容，在扩充HashMap的时候，不需要重新计算hash，只需要看看原来的hash值新增的那个bit是1还是0就好了，是0的话索引没变，是1的话索引变成“原索引+oldCap”。默认初始容量为16,新容量是旧容量的2倍。

3.ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap：Node数组+链表+红黑树实现，线程安全的（jdk1.8以前Segment锁，1.8以后volatile + CAS 或者 synchronized）。

在 JDK 1.7 中它使用的是数组加链表的形式实现的，而数组又分为：大数组 Segment 和小数组 HashEntry。 Segment 是一种可重入锁（ReentrantLock）。分段锁技术将数据分成一段一段的存储，然后给每一段数据配一把锁，当一个线程占用锁访问其中一个段数据的时候，其他段的数据也能被其他线程访问，能够实现真正的并发访问。

JDK 1.8 ConcurrentHashMap 主要通过 volatile + CAS 或者 synchronized 来实现的线程安全的。添加元素时首先会判断容器是否为空：

如果为空则使用 volatile 加 CAS 来初始化
如果容器不为空，则根据存储的元素计算该位置是否为空。
- 如果根据存储的元素计算结果为空，则利用 CAS 设置该节点；
- 如果根据存储的元素计算结果不为空，则使用 synchronized ，然后，遍历桶中的数据，并替换或新增节点到桶中，最后再判断是否需要转为红黑树，这样就能保证并发访问时的线程安全了。

（ConcurrentHashMap通过对头结点加锁来保证线程安全的，锁的粒度相比 Segment 来说更小了，发生冲突和加锁的频率降低了，并发操作的性能就提高了。）

Set

set集合特点：Set集合中的元素是唯一的，不会出现重复的元素。

1.LinkedHashSet

记录插入顺序的集合通常指的是LinkedHashSet，它不仅保证元素的唯一性，还可以保持元素的插入顺序。当需要在Set集合中记录元素的插入顺序时，可以选择使用LinkedHashSet来实现。

详情见： Java集合面试题 | 小林coding

List

1.vector

2.ArrayList

3.CopyonWriteArraylist

4.ArrayList变成线程安全的方式

5.LinkList

Map

1.HashTable

2.HashMap

3.ConcurrentHashMap

Set

1.LinkedHashSet

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