关于后端:Java-容器详解使用与案例

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Java 容器是一套工具，用于存储数据和对象。能够与 C ++ 的 STL 类比。Java 容器也称为 Java Collection Framework (JCF)。除了存储对象的容器之外，还提供了一套工具类，用于解决和操作容器中的对象。总体来说，这是一个框架，它蕴含了 Java 对象容器和工具类。

一、概览
容器次要包含 Collection 和 Map 两种，Collection 存储着对象的汇合，而 Map 存储着键值对（两个对象）的映射表。
Collection

  1. Set

TreeSet：基于红黑树实现，反对有序性操作，例如依据一个范畴查找元素的操作。然而查找效率不如 HashSet，HashSet 查找的工夫复杂度为 O(1)，TreeSet 则为 O(logN)。
HashSet：基于哈希表实现，反对疾速查找，但不反对有序性操作。并且失去了元素的插入程序信息，也就是说应用 Iterator 遍历 HashSet 失去的后果是不确定的。
LinkedHashSet：具备 HashSet 的查找效率，并且外部应用双向链表保护元素的插入程序。

  1. List

ArrayList：基于动静数组实现，反对随机拜访。
Vector：和 ArrayList 相似，但它是线程平安的。
LinkedList：基于双向链表实现，只能程序拜访，然而能够疾速地在链表两头插入和删除元素。不仅如此，LinkedList 还能够用作栈、队列和双向队列。

  1. Queue

LinkedList：能够用它来实现双向队列。
PriorityQueue：基于堆构造实现，能够用它来实现优先队列。

Map

TreeMap：基于红黑树实现。
HashMap：基于哈希表实现。
HashTable：和 HashMap 相似，但它是线程平安的，这意味着同一时刻多个线程同时写入 HashTable 不会导致数据不统一。它是遗留类，不应该去应用它，而是应用 ConcurrentHashMap 来反对线程平安，ConcurrentHashMap 的效率会更高，因为 ConcurrentHashMap 引入了分段锁。
LinkedHashMap：应用双向链表来保护元素的程序，程序为插入程序或者最近起码应用（LRU）程序。

二、容器中的设计模式
迭代器模式

Collection 继承了 Iterable 接口，其中的 iterator() 办法可能产生一个 Iterator 对象，通过这个对象就能够迭代遍历 Collection 中的元素。
从 JDK 1.5 之后能够应用 foreach 办法来遍历实现了 Iterable 接口的聚合对象。
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add(“a”);
list.add(“b”);
for (String item : list) {

System.out.println(item);

}

适配器模式
java.util.Arrays#asList() 能够把数组类型转换为 List 类型。
@SafeVarargs
public static <T> List<T> asList(T… a)

应该留神的是 asList() 的参数为泛型的变长参数，不能应用根本类型数组作为参数，只能应用相应的包装类型数组。
Integer[] arr = {1, 2, 3};
List list = Arrays.asList(arr);

也能够应用以下形式调用 asList()：
List list = Arrays.asList(1, 2, 3);

三、源码剖析
如果没有特地阐明，以下源码剖析基于 JDK 1.8。
在 IDEA 中 double shift 调出 Search EveryWhere，查找源码文件，找到之后就能够浏览源码。
ArrayList

  1. 概览
    因为 ArrayList 是基于数组实现的，所以反对疾速随机拜访。RandomAccess 接口标识着该类反对疾速随机拜访。
    public class ArrayList<E> extends AbstractList<E>

     implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable

数组的默认大小为 10。
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;

  1. 扩容
    增加元素时应用 ensureCapacityInternal() 办法来保障容量足够，如果不够时，须要应用 grow() 办法进行扩容，新容量的大小为 oldCapacity + (oldCapacity >> 1)，即 oldCapacity+oldCapacity/2。其中 oldCapacity >> 1 须要取整，所以新容量大概是旧容量的 1.5 倍左右。（oldCapacity 为偶数就是 1.5 倍，为奇数就是 1.5 倍 -0.5）
    扩容操作须要调用 Arrays.copyOf() 把原数组整个复制到新数组中，这个操作代价很高，因而最好在创立 ArrayList 对象时就指定大略的容量大小，缩小扩容操作的次数。
    public boolean add(E e) {
    ensureCapacityInternal(size + 1);
    elementData[size++] = e;
    return true;
    }

private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {

if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);

}

private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {

modCount++;
if (minCapacity - elementData.length > 0)
    grow(minCapacity);

}

private void grow(int minCapacity) {

int oldCapacity = elementData.length;
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);
if (newCapacity - minCapacity < 0)
    newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
    newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);

}

  1. 删除元素
    须要调用 System.arraycopy() 将 index+1 前面的元素都复制到 index 地位上，该操作的工夫复杂度为 O(N)，能够看到 ArrayList 删除元素的代价是十分高的。
    public E remove(int index) {
    rangeCheck(index);
    modCount++;
    E oldValue = elementData(index);
    int numMoved = size – index – 1;
    if (numMoved > 0)

     System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, numMoved);

    elementData[–size] = null;
    return oldValue;
    }

  2. 序列化
    ArrayList 基于数组实现，并且具备动静扩容个性，因而保留元素的数组不肯定都会被应用，那么就没必要全副进行序列化。
    保留元素的数组 elementData 应用 transient 润饰，该关键字申明数组默认不会被序列化。
    transient Object[] elementData;

ArrayList 实现了 writeObject() 和 readObject() 来管制只序列化数组中有元素填充那局部内容。
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)

throws java.io.IOException, ClassNotFoundException {
elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;

s.defaultReadObject();

s.readInt(); 

if (size > 0) {ensureCapacityInternal(size);

    Object[] a = elementData;
    for (int i=0; i<size; i++) {a[i] = s.readObject();}
}

}

private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)

throws java.io.IOException{
int expectedModCount = modCount;
s.defaultWriteObject();
s.writeInt(size);
for (int i=0; i<size; i++) {s.writeObject(elementData[i]);
}

if (modCount != expectedModCount) {throw new ConcurrentModificationException();
}

}

序列化时须要应用 ObjectOutputStream 的 writeObject() 将对象转换为字节流并输入。而 writeObject() 办法在传入的对象存在 writeObject() 的时候会去反射调用该对象的 writeObject() 来实现序列化。反序列化应用的是 ObjectInputStream 的 readObject() 办法，原理相似。
ArrayList list = new ArrayList();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(file));
oos.writeObject(list);

  1. Fail-Fast
    modCount 用来记录 ArrayList 构造发生变化的次数。构造发生变化是指增加或者删除至多一个元素的所有操作，或者是调整外部数组的大小，仅仅只是设置元素的值不算构造发生变化。
    在进行序列化或者迭代等操作时，须要比拟操作前后 modCount 是否扭转，如果扭转了须要抛出 ConcurrentModificationException。代码参考上节序列化中的 writeObject() 办法。
    Vector
  2. 同步
    它的实现与 ArrayList 相似，然而应用了 synchronized 进行同步。
    public synchronized boolean add(E e) {
    modCount++;
    ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
    elementData[elementCount++] = e;
    return true;
    }

public synchronized E get(int index) {

if (index >= elementCount)
    throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);

return elementData(index);

}

  1. 扩容
    Vector 的构造函数能够传入 capacityIncrement 参数，它的作用是在扩容时使容量 capacity 增长 capacityIncrement。如果这个参数的值小于等于 0，扩容时每次都令 capacity 为原来的两倍。
    public Vector(int initialCapacity, int capacityIncrement) {
    super();
    if (initialCapacity < 0)

     throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity:"+
                                    initialCapacity);

    this.elementData = new Object[initialCapacity];
    this.capacityIncrement = capacityIncrement;
    }

private void grow(int minCapacity) {

int oldCapacity = elementData.length;
int newCapacity = oldCapacity + ((capacityIncrement > 0) ?
                                 capacityIncrement : oldCapacity);
if (newCapacity - minCapacity < 0)
    newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
    newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);

}

调用没有 capacityIncrement 的构造函数时，capacityIncrement 值被设置为 0，也就是说默认状况下 Vector 每次扩容时容量都会翻倍。
public Vector(int initialCapacity) {

this(initialCapacity, 0);

}

public Vector() {

this(10);

}

  1. 与 ArrayList 的比拟

Vector 是同步的，因而开销就比 ArrayList 要大，访问速度更慢。最好应用 ArrayList 而不是 Vector，因为同步操作齐全能够由程序员本人来管制；
Vector 每次扩容申请其大小的 2 倍（也能够通过构造函数设置增长的容量），而 ArrayList 是 1.5 倍。

  1. 代替计划
    能够应用 Collections.synchronizedList(); 失去一个线程平安的 ArrayList。
    List<String> list = new ArrayList<>();
    List<String> synList = Collections.synchronizedList(list);

也能够应用 concurrent 并发包下的 CopyOnWriteArrayList 类。
List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<>();

CopyOnWriteArrayList

  1. 读写拆散
    写操作在一个复制的数组上进行，读操作还是在原始数组中进行，读写拆散，互不影响。
    写操作须要加锁，避免并发写入时导致写入数据失落。
    写操作完结之后须要把原始数组指向新的复制数组。
    public boolean add(E e) {
    final ReentrantLock lock = this.lock;
    lock.lock();
    try {

     Object[] elements = getArray();
 int len = elements.length;
 Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements, len + 1);
 newElements[len] = e;
 setArray(newElements);
 return true;

    } finally {

     lock.unlock();

    }
    }

final void setArray(Object[] a) {

array = a;

}

@SuppressWarnings(“unchecked”)
private E get(Object[] a, int index) {

return (E) a[index];

}

  1. 实用场景
    CopyOnWriteArrayList 在写操作的同时容许读操作，大大提高了读操作的性能，因而很适宜读多写少的利用场景。
    然而 CopyOnWriteArrayList 有其缺点：

内存占用：在写操作时须要复制一个新的数组，使得内存占用为原来的两倍左右；
数据不统一：读操作不能读取实时性的数据，因为局部写操作的数据还未同步到读数组中。

所以 CopyOnWriteArrayList 不适宜内存敏感以及对实时性要求很高的场景。
LinkedList

  1. 概览
    基于双向链表实现，应用 Node 存储链表节点信息。
    private static class Node<E> {
    E item;
    Node<E> next;
    Node<E> prev;
    }

每个链表存储了 first 和 last 指针：
transient Node<E> first;
transient Node<E> last;

  1. 与 ArrayList 的比拟
    ArrayList 基于动静数组实现，LinkedList 基于双向链表实现。ArrayList 和 LinkedList 的区别能够归结为数组和链表的区别：

数组反对随机拜访，但插入删除的代价很高，须要挪动大量元素；
链表不反对随机拜访，但插入删除只须要扭转指针。

HashMap
为了便于了解，以下源码剖析以 JDK 1.7 为主。

  1. 存储构造
    外部蕴含了一个 Entry 类型的数组 table。Entry 存储着键值对。它蕴含了四个字段，从 next 字段咱们能够看出 Entry 是一个链表。即数组中的每个地位被当成一个桶，一个桶寄存一个链表。HashMap 应用拉链法来解决抵触，同一个链表中寄存哈希值和散列桶取模运算后果雷同的 Entry。

transient Entry[] table;

static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {

final K key;
V value;
Entry<K,V> next;
int hash;

Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
    value = v;
    next = n;
    key = k;
    hash = h;
}

public final K getKey() {return key;}

public final V getValue() {return value;}

public final V setValue(V newValue) {
    V oldValue = value;
    value = newValue;
    return oldValue;
}

public final boolean equals(Object o) {if (!(o instanceof Map.Entry))
        return false;
    Map.Entry e = (Map.Entry)o;
    Object k1 = getKey();
    Object k2 = e.getKey();
    if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) {Object v1 = getValue();
        Object v2 = e.getValue();
        if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2)))
            return true;
    }
    return false;
}

public final int hashCode() {return Objects.hashCode(getKey()) ^ Objects.hashCode(getValue());
}

public final String toString() {return getKey() + "=" + getValue();}

}

  1. 拉链法的工作原理
    HashMap<String, String> map = new HashMap<>();
    map.put(“K1”, “V1”);
    map.put(“K2”, “V2”);
    map.put(“K3”, “V3”);

新建一个 HashMap，默认大小为 16；
插入 <K1,V1> 键值对，先计算 K1 的 hashCode 为 115，应用除留余数法失去所在的桶下标 115%16=3。
插入 <K2,V2> 键值对，先计算 K2 的 hashCode 为 118，应用除留余数法失去所在的桶下标 118%16=6。
插入 <K3,V3> 键值对，先计算 K3 的 hashCode 为 118，应用除留余数法失去所在的桶下标 118%16=6，插在 <K2,V2> 后面。

应该留神到链表的插入是以头插法形式进行的，例如下面的 <K3,V3> 不是插在 <K2,V2> 前面，而是插入在链表头部。
查找须要分成两步进行：

计算键值对所在的桶；
在链表上程序查找，工夫复杂度显然和链表的长度成正比。

  1. put 操作
    public V put(K key, V value) {
    if (table == EMPTY_TABLE) {

     inflateTable(threshold);

    }
    // 键为 null 独自解决
    if (key == null)

     return putForNullKey(value);

    int hash = hash(key);
    // 确定桶下标
    int i = indexFor(hash, table.length);
    // 先找出是否曾经存在键为 key 的键值对，如果存在的话就更新这个键值对的值为 value
    for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {

     Object k;
 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
     V oldValue = e.value;
     e.value = value;
     e.recordAccess(this);
     return oldValue;
 }

    }

    modCount++;
    // 插入新键值对
    addEntry(hash, key, value, i);
    return null;
    }

HashMap 容许插入键为 null 的键值对。然而因为无奈调用 null 的 hashCode() 办法，也就无奈确定该键值对的桶下标，只能通过强制指定一个桶下标来寄存。HashMap 应用第 0 个桶寄存键为 null 的键值对。
private V putForNullKey(V value) {

for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {if (e.key == null) {
        V oldValue = e.value;
        e.value = value;
        e.recordAccess(this);
        return oldValue;
    }
}
modCount++;
addEntry(0, null, value, 0);
return null;

}

应用链表的头插法，也就是新的键值对插在链表的头部，而不是链表的尾部。
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {

if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {resize(2 * table.length);
    hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
    bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
}

createEntry(hash, key, value, bucketIndex);

}

void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {

Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
// 头插法，链表头部指向新的键值对
table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
size++;

}

Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {

value = v;
next = n;
key = k;
hash = h;

}

  1. 确定桶下标
    很多操作都须要先确定一个键值对所在的桶下标。
    int hash = hash(key);
    int i = indexFor(hash, table.length);

4.1 计算 hash 值
final int hash(Object k) {

int h = hashSeed;
if (0 != h && k instanceof String) {return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);
}

h ^= k.hashCode();
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);

}

public final int hashCode() {

return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);

}

4.2 取模
令 x = 1<<4，即 x 为 2 的 4 次方，它具备以下性质：
x : 00010000
x-1 : 00001111

令一个数 y 与 x-1 做与运算，能够去除 y 位级示意的第 4 位以上数：
y : 10110010
x-1 : 00001111
y&(x-1) : 00000010

这个性质和 y 对 x 取模成果是一样的：
y : 10110010
x : 00010000
y%x : 00000010

咱们晓得，位运算的代价比求模运算小的多，因而在进行这种计算时用位运算的话能带来更高的性能。
确定桶下标的最初一步是将 key 的 hash 值对桶个数取模：hash%capacity，如果能保障 capacity 为 2 的 n 次方，那么就能够将这个操作转换为位运算。
static int indexFor(int h, int length) {

return h & (length-1);

}

  1. 扩容 - 基本原理
    设 HashMap 的 table 长度为 M，须要存储的键值对数量为 N，如果哈希函数满足平均性的要求，那么每条链表的长度大概为 N/M，因而查找的复杂度为 O(N/M)。
    为了让查找的老本升高，应该使 N/M 尽可能小，因而须要保障 M 尽可能大，也就是说 table 要尽可能大。HashMap 采纳动静扩容来依据以后的 N 值来调整 M 值，使得空间效率和工夫效率都能失去保障。
    和扩容相干的参数次要有：capacity、size、threshold 和 load_factor。

参数
含意

capacity
table 的容量大小，默认为 16。须要留神的是 capacity 必须保障为 2 的 n 次方。

size
键值对数量。

threshold
size 的临界值，当 size 大于等于 threshold 就必须进行扩容操作。

loadFactor
装载因子，table 可能应用的比例，threshold = (int)(capacity* loadFactor)。

static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;

static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

transient Entry[] table;

transient int size;

int threshold;

final float loadFactor;

transient int modCount;

从上面的增加元素代码中能够看出，当须要扩容时，令 capacity 为原来的两倍。
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {

Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
if (size++ >= threshold)
    resize(2 * table.length);

}

扩容应用 resize() 实现，须要留神的是，扩容操作同样须要把 oldTable 的所有键值对从新插入 newTable 中，因而这一步是很费时的。
void resize(int newCapacity) {

Entry[] oldTable = table;
int oldCapacity = oldTable.length;
if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
    threshold = Integer.MAX_VALUE;
    return;
}
Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
transfer(newTable);
table = newTable;
threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);

}

void transfer(Entry[] newTable) {

Entry[] src = table;
int newCapacity = newTable.length;
for (int j = 0; j < src.length; j++) {Entry<K,V> e = src[j];
    if (e != null) {src[j] = null;
        do {
            Entry<K,V> next = e.next;
            int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
            e.next = newTable[i];
            newTable[i] = e;
            e = next;
        } while (e != null);
    }
}

}

  1. 扩容 - 从新计算桶下标
    在进行扩容时，须要把键值对从新计算桶下标，从而放到对应的桶上。在后面提到，HashMap 应用 hash%capacity 来确定桶下标。HashMap capacity 为 2 的 n 次方这一特点可能极大升高从新计算桶下标操作的复杂度。
    假如原数组长度 capacity 为 16，扩容之后 new capacity 为 32：
    capacity : 00010000
    new capacity : 00100000

对于一个 Key，它的哈希值 hash 在第 5 位：

为 0，那么 hash%00010000 = hash%00100000，桶地位和原来统一；
为 1，hash%00010000 = hash%00100000 + 16，桶地位是原地位 + 16。

  1. 计算数组容量
    HashMap 构造函数容许用户传入的容量不是 2 的 n 次方，因为它能够主动地将传入的容量转换为 2 的 n 次方。
    先思考如何求一个数的掩码，对于 10010000，它的掩码为 11111111，能够应用以下办法失去：
    mask |= mask >> 1 11011000
    mask |= mask >> 2 11111110
    mask |= mask >> 4 11111111

mask+1 是大于原始数字的最小的 2 的 n 次方。
num 10010000
mask+1 100000000

以下是 HashMap 中计算数组容量的代码：
static final int tableSizeFor(int cap) {

int n = cap - 1;
n |= n >>> 1;
n |= n >>> 2;
n |= n >>> 4;
n |= n >>> 8;
n |= n >>> 16;
return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;

}

  1. 链表转红黑树
    从 JDK 1.8 开始，一个桶存储的链表长度大于等于 8 时会将链表转换为红黑树。
  2. 与 Hashtable 的比拟

Hashtable 应用 synchronized 来进行同步。
HashMap 能够插入键为 null 的 Entry。
HashMap 的迭代器是 fail-fast 迭代器。
HashMap 不能保障随着工夫的推移 Map 中的元素秩序是不变的。

ConcurrentHashMap

  1. 存储构造

static final class HashEntry<K,V> {

final int hash;
final K key;
volatile V value;
volatile HashEntry<K,V> next;

}

ConcurrentHashMap 和 HashMap 实现上相似，最次要的差异是 ConcurrentHashMap 采纳了分段锁（Segment），每个分段锁保护着几个桶（HashEntry），多个线程能够同时拜访不同分段锁上的桶，从而使其并发度更高（并发度就是 Segment 的个数）。
Segment 继承自 ReentrantLock。
static final class Segment<K,V> extends ReentrantLock implements Serializable {

private static final long serialVersionUID = 2249069246763182397L;

static final int MAX_SCAN_RETRIES =
    Runtime.getRuntime().availableProcessors() > 1 ? 64 : 1;

transient volatile HashEntry<K,V>[] table;

transient int count;

transient int modCount;

transient int threshold;

final float loadFactor;

}

final Segment<K,V>[] segments;

默认的并发级别为 16，也就是说默认创立 16 个 Segment。
static final int DEFAULT_CONCURRENCY_LEVEL = 16;

  1. size 操作
    每个 Segment 保护了一个 count 变量来统计该 Segment 中的键值对个数。
    transient int count;

在执行 size 操作时，须要遍历所有 Segment 而后把 count 累计起来。
ConcurrentHashMap 在执行 size 操作时先尝试不加锁，如果间断两次不加锁操作失去的后果统一，那么能够认为这个后果是正确的。
尝试次数应用 RETRIES_BEFORE_LOCK 定义，该值为 2，retries 初始值为 -1，因而尝试次数为 3。
如果尝试的次数超过 3 次，就须要对每个 Segment 加锁。
static final int RETRIES_BEFORE_LOCK = 2;

public int size() {

final Segment<K,V>[] segments = this.segments;
int size;
boolean overflow; 
long sum;        
long last = 0L; 
int retries = -1;
try {for (;;) {
        // 超过尝试次数，则对每个 Segment 加锁
        if (retries++ == RETRIES_BEFORE_LOCK) {for (int j = 0; j < segments.length; ++j)
                ensureSegment(j).lock();}
        sum = 0L;
        size = 0;
        overflow = false;
        for (int j = 0; j < segments.length; ++j) {Segment<K,V> seg = segmentAt(segments, j);
            if (seg != null) {
                sum += seg.modCount;
                int c = seg.count;
                if (c < 0 || (size += c) < 0)
                    overflow = true;
            }
        }
        // 间断两次失去的后果统一，则认为这个后果是正确的
        if (sum == last)
            break;
        last = sum;
    }
} finally {if (retries > RETRIES_BEFORE_LOCK) {for (int j = 0; j < segments.length; ++j)
            segmentAt(segments, j).unlock();}
}
return overflow ? Integer.MAX_VALUE : size;

}

  1. JDK 1.8 的改变
    JDK 1.7 应用分段锁机制来实现并发更新操作，外围类为 Segment，它继承自重入锁 ReentrantLock，并发度与 Segment 数量相等。
    JDK 1.8 应用了 CAS 操作来反对更高的并发度，在 CAS 操作失败时应用内置锁 synchronized。
    并且 JDK 1.8 的实现也在链表过长时会转换为红黑树。
    LinkedHashMap
    存储构造
    继承自 HashMap，因而具备和 HashMap 一样的疾速查找个性。
    public class LinkedHashMap<K,V> extends HashMap<K,V> implements Map<K,V>

外部保护了一个双向链表，用来保护插入程序或者 LRU 程序。
transient LinkedHashMap.Entry<K,V> head;

transient LinkedHashMap.Entry<K,V> tail;

accessOrder 决定了程序，默认为 false，此时保护的是插入程序。
final boolean accessOrder;

LinkedHashMap 最重要的是以下用于保护程序的函数，它们会在 put、get 等办法中调用。
void afterNodeAccess(Node<K,V> p) {}
void afterNodeInsertion(boolean evict) {}

afterNodeAccess()
当一个节点被拜访时，如果 accessOrder 为 true，则会将该节点移到链表尾部。也就是说指定为 LRU 程序之后，在每次拜访一个节点时，会将这个节点移到链表尾部，保障链表尾部是最近拜访的节点，那么链表首部就是最近最久未应用的节点。
void afterNodeAccess(Node<K,V> e) {

LinkedHashMap.Entry<K,V> last;
if (accessOrder && (last = tail) != e) {
    LinkedHashMap.Entry<K,V> p =
        (LinkedHashMap.Entry<K,V>)e, b = p.before, a = p.after;
    p.after = null;
    if (b == null)
        head = a;
    else
        b.after = a;
    if (a != null)
        a.before = b;
    else
        last = b;
    if (last == null)
        head = p;
    else {
        p.before = last;
        last.after = p;
    }
    tail = p;
    ++modCount;
}

}

afterNodeInsertion()
在 put 等操作之后执行，当 removeEldestEntry() 办法返回 true 时会移除最晚的节点，也就是链表首部节点 first。
evict 只有在构建 Map 的时候才为 false，在这里为 true。
void afterNodeInsertion(boolean evict) {

LinkedHashMap.Entry<K,V> first;
if (evict && (first = head) != null && removeEldestEntry(first)) {
    K key = first.key;
    removeNode(hash(key), key, null, false, true);
}

}

removeEldestEntry() 默认为 false，如果须要让它为 true，须要继承 LinkedHashMap 并且笼罩这个办法的实现，这在实现 LRU 的缓存中特地有用，通过移除最近最久未应用的节点，从而保障缓存空间足够，并且缓存的数据都是热点数据。
protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest) {

return false;

}

LRU 缓存
以下是应用 LinkedHashMap 实现的一个 LRU 缓存：

设定最大缓存空间 MAX_ENTRIES 为 3；
应用 LinkedHashMap 的构造函数将 accessOrder 设置为 true，开启 LRU 程序；
笼罩 removeEldestEntry() 办法实现，在节点多于 MAX_ENTRIES 就会将最近最久未应用的数据移除。

class LRUCache<K, V> extends LinkedHashMap<K, V> {

private static final int MAX_ENTRIES = 3;

protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry eldest) {return size() > MAX_ENTRIES;
}

LRUCache() {super(MAX_ENTRIES, 0.75f, true);
}

}

public static void main(String[] args) {

LRUCache<Integer, String> cache = new LRUCache<>();
cache.put(1, "a");
cache.put(2, "b");
cache.put(3, "c");
cache.get(1);
cache.put(4, "d");
System.out.println(cache.keySet());

}

[3, 1, 4]

WeakHashMap
存储构造
WeakHashMap 的 Entry 继承自 WeakReference，被 WeakReference 关联的对象在下一次垃圾回收时会被回收。
WeakHashMap 次要用来实现缓存，通过应用 WeakHashMap 来援用缓存对象，由 JVM 对这部分缓存进行回收。
private static class Entry<K,V> extends WeakReference<Object> implements Map.Entry<K,V>

ConcurrentCache
Tomcat 中的 ConcurrentCache 应用了 WeakHashMap 来实现缓存性能。
ConcurrentCache 采取的是分代缓存：

常常应用的对象放入 eden 中，eden 应用 ConcurrentHashMap 实现，不必放心会被回收（伊甸园）；
不罕用的对象放入 longterm，longterm 应用 WeakHashMap 实现，这些老对象会被垃圾收集器回收。
当调用 get() 办法时，会先从 eden 区获取，如果没有找到的话再到 longterm 获取，当从 longterm 获取到就把对象放入 eden 中，从而保障常常被拜访的节点不容易被回收。
当调用 put() 办法时，如果 eden 的大小超过了 size，那么就将 eden 中的所有对象都放入 longterm 中，利用虚拟机回收掉一部分不常常应用的对象。

public final class ConcurrentCache<K, V> {

private final int size;

private final Map<K, V> eden;

private final Map<K, V> longterm;

public ConcurrentCache(int size) {
    this.size = size;
    this.eden = new ConcurrentHashMap<>(size);
    this.longterm = new WeakHashMap<>(size);
}

public V get(K k) {V v = this.eden.get(k);
    if (v == null) {v = this.longterm.get(k);
        if (v != null)
            this.eden.put(k, v);
    }
    return v;
}

public void put(K k, V v) {if (this.eden.size() >= size) {this.longterm.putAll(this.eden);
        this.eden.clear();}
    this.eden.put(k, v);
}

}

总结
本文介绍了 Java 容器的基本知识，其中包含容器的应用办法和注意事项。尽管这些常识曾经足够入门，但要真正把握 Java 容器，倡议深刻理解容器的外部实现形式。倡议多查阅 Java 容器的 API 和源码，学习容器的算法和数据结构。当你可能本人入手实现这些容器时，能力真正把握 Java 容器，并在应用 Java 容器时更加得心应手。
在学习 Java 容器时，须要留神的是，不同的容器实用于不同的场景，咱们须要依据本人的理论需要抉择适合的容器。
总之，学习 Java 容器是 Java 开发者必备的技能之一，只有把握了 Java 容器的应用和实现形式，能力在开发中更加得心应手，进步开发效率和代码品质。

正文完
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2023-06-04
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