关于Java中哈希结构的相关集合类总结

1. 概述

笔记主要记录HashMap & Hashtable & ConcurrentHashMap & HashSet & LinkedHashMap 等Java中有关哈希结构的相关集合类，主要目的是对相关集合有一个全局的了解。

两张图主要概括相关集合类的继承或实现关系，以及相关Hash键值对的使用。

Hashtable,HashMap,Properties继承关系如下：

public class Hashtable<K,V> extends Dictionary<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable

public class HashMap<K,V>extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable  

Properties 类 继承了 Hashtable 类，而 Hashtable 类则继承Dictionary 类

TreeMap通过红黑树实现Map接口的类，key不可以为null，会报NullPointerException异常,value可以为null。

2. HashMap

HashMap(最常用的Map)。根据键的HashCode值存储数据,根据键可直接获取它的值，具有很快的访问速度。

底层数据结构:
HashMap (<=JDK1.7)数组+链表
HashMap (>=JDK1.8)数组+链表/红黑树 : 当链表长度大于等于8的时候链表会变成红黑树
TreeMap 红黑树
HashMap最多只允许一条记录的键为Null;允许多条记录的值为Null不支持线程同步，即任一时刻可有多个线程同时写HashMap，可能会导致数据不一致。
如需同步，可用Collections的synchronizedMap方法使HashMap具有同步的能力或使用ConcurrentHashMap。

HashMap 的三种遍历方法

不支持用for-each 那种:的形式遍历 。
Map这个类没有继承Iterable接口所以不能直接通过map.iterator来遍历(list，set就是实现了这个接口，所以可以直接这样遍历),所以就只能先转化为set类型，用entrySet()方法，for-each编译时也是会转换为iterator。
Map.Entry是Map声明的一个内部接口，此接口为泛型，定义为Entry<K,V>。它表示Map中的一个实体(一个key-value对 )(节点).
Map提供了一些常用方法，如keySet()、entrySet()等方法。
entrySet() 返回 hashMap 中所有映射项的集合,即,键值对的集合。
keySet() 返回 hashMap 中所有 key 组成的集合。
values() 返回 hashMap 中存在的所有 value 值。
Map.Entry接口中有getKey(),getValue方法。

// 三种遍历
	public void hmap() {
    
    
		// HashMap
		HashMap<String, String> m = new HashMap<String, String>();
		// 三种遍历
		// ctrl + 1 是快速补救办法快捷键

		// 1.可以遍历Key, Value
		Set<Entry<String, String>> entry = m.entrySet();
		//entrySet() 返回 hashMap 中所有映射项的集合,即,键值对的集合
		// Map 不能直接放在:后面进行遍历
		for (Entry<String, String> a : entry) {
    
    // 节点
			System.out.println(a.getKey() + " " + a.getValue());
		}
		
		//2.只能遍历Key
		Set<String> keys = m.keySet();
		//keySet() 返回 hashMap 中所有 key 组成的集合
		for (String ss : keys) {
    
    
			System.out.println(ss);
		}
		
		//3.只能遍历Value
		Collection<String> vals = m.values();
		//values() 返回 hashMap 中存在的所有 value 值
		for (String ss : vals) {
    
    
			System.out.println(ss);
		}
	}

解答了HashMap底层相关的问题
这个也是

3. LinkedHashMap

LinkedHashMap是HashMap的一个子类，保存了记录的插入顺序
在用Iterator遍历LinkedHashMap时，先得到的记录肯定是先插入的.也可以在构造时用带参数，按照应用次数排序。

在LinkedHashMap中，是通过双链表的结构来维护节点的顺序的，看到下图中的before、next

LinkedHashMap 简洁又明了的一篇讲解，我找了很久！

4. LinkedHashMap 与 HashMap 比较

LinkedHashMap在遍历的时候会比HashMap慢，不过有种情况例外，
当HashMap容量很大，实际数据较少时，遍历起来可能会比LinkedHashMap慢,因为LinkedHashMap的遍历速度只和实际数据有关，和容量无关，而HashMap的遍历速度和他的容量有关。
TreeMap实现SortMap接口，能够把它保存的记录根据键排序，默认是按键值的升序排序，也可以指定排序的比较器，当用Iterator遍历TreeMap时，得到的记录是排过序的。

一般情况下，使用最多的是HashMap,在Map中插入、删除和定位元素，HashMap是最好的选择。
若要按自然顺序或自定义顺序遍历键，那么TreeMap会更好。
若要输出的顺序和输入的相同,那么可以用LinkedHashMap，还可按读取顺序排列.

5. Hashtable

Hashtable 与HasMap类似,它继承自Dictionary类，
不同处:
不允许键或值为null;
支持线程同步，即任一时刻只有一个线程能写Hashtable,因此也导致了Hashtable在写入时会比较慢。

6. HashMap与HashTable的区别与联系

HashMap实现Map接口，它允许任何类型的键和值对象，并允许将NULL用作键或值。
Hashtable中，Key和Value都不能是null。

Hashtable：
（1）Hashtable 是一个哈希表，它存储的内容是键值对(key-value)映射。
（2）Hashtable 的函数都是同步的，这意味着它是线程安全的。它的key、value都不可以为null。
（3）HashTable直接使用对象的hashCode。
HashMap：
（1）由数组+链表组成的，基于哈希表的Map实现，数组是HashMap的主体，链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的。
（2）不是线程安全的，HashMap可以接受为null的键(key)和值(value)。 null 可以作为键，这样的键只有一个；可以有一个或多个键所对应的值为 null
（3）HashMap重新计算hash值
（4）HashMap的实例有俩个参数影响其性能： “初始容量” 和 装填因子
（5）HashMap中的key-value都是存储在Entry中的
（6）HashMap是采用拉链法解决哈希冲突的
HashTable中hash数组默认大小是11，增加的方式是old*2+1。HashMap中hash数组的默认大小是16，而且一定是2的指数。

7. TreeMap

在Map集合框架中，除了HashMap以外，TreeMap也是我们工作中常用到的集合对象之一。

与HashMap相比，TreeMap是一个能比较元素大小的Map集合，会对传入的key进行了大小排序。其中，可以使用元素的自然顺序，也可以使用集合中自定义的比较器来进行排序；

不同于HashMap的哈希映射，TreeMap底层红黑树的结构，形成了一颗二叉树。

8. HashSet

HashSet 基于 HashMap 来实现的，是一个不允许有重复元素的集合。

HashSet 允许有 null 值。

HashSet 是无序的，即不会记录插入的顺序。

HashSet 不是线程安全的， 如果多个线程尝试同时修改 HashSet，则最终结果是不确定的。 您必须在多线程访问时显式同步对 HashSet 的并发访问。

HashSet 实现了 Set 接口。

HashMap 和 HashSet 的区别与联系

二者底层结构一致。HashSet也是用Hash Map实现的。
list有序(默认添加顺序与迭代遍历顺序相同) 有索引 可重复
HashSet无序(默认添加顺序与迭代遍历顺序不同) 无索引 不重复
HasMap也是无序。

//HashSet的遍历，因为无索引，所以采用foreach。迭代器也可以。
HashSet<String> hs = new HashSet<String>();
for(String s : hs) {
    
    
	System.out.println(s);
}

9. ConcurrentHashMap

HashMap线程不安全，所以出现了ConcurrentHashMap。当然，上文也讲到了HashTable，HashTable容器使用synchronized来保证线程安全，但在线程竞争激烈的情况下HashTable的效率非常低下。因为对于Hashtable而言，synchronized是针对整张Hash表的，即每次锁住整张表让线程独占。相当于所有线程进行读写时都去竞争一把锁，导致效率非常低下。

ConcurrentHashMap所使用的锁分段技术，首先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。

ConcurrentHashMap是由Segment数组结构和HashEntry数组结构组成。Segment是一种可重入锁ReentrantLock，在ConcurrentHashMap里扮演锁的角色，HashEntry则用于存储键值对数据。一个ConcurrentHashMap里包含一个Segment数组，Segment的结构和HashMap类似，是一种数组和链表结构， 一个Segment里包含一个HashEntry数组，每个HashEntry是一个链表结构的元素， 每个Segment守护着一个HashEntry数组里的元素，当对HashEntry数组的数据进行修改时，必须首先获得它对应的Segment锁。

从上面的结构我们可以了解到，ConcurrentHashMap定位一个元素的过程需要进行两次Hash操作，第一次Hash定位到Segment，第二次Hash定位到元素所在的链表的头部，因此，这一种结构的带来的副作用是Hash的过程要比普通的HashMap要长，但是带来的好处是写操作的时候可以只对元素所在的Segment进行加锁即可，不会影响到其他的Segment，这样，在最理想的情况下，ConcurrentHashMap可以最高同时支持Segment数量大小的写操作（刚好这些写操作都非常平均地分布在所有的Segment上），所以，通过这一种结构，ConcurrentHashMap的并发能力可以大大的提高。

ConcurrentHashMap的开发度 ： Segment数量大小

ConcurrentHashMap详解，这个网站讲的确实详细

10. ConcurrentSkipListMap

跳表就能让链表拥有近乎的接近二分查找的效率的一种数据结构。所以查询时间是log(n)。

ConcurrentSkipListMap是在JDK 1.6中新增的，为了对高并发场景下的有序Map提供更好的支持，它有几个特点：

• 高并发场景
• key是有序的
• 添加、删除、查找操作都是基于跳表结构（Skip List）实现的
• key和value都不能为null

跳表分为许多层(level)，每一层都可以看作是数据的索引，这些索引的意义就是加快跳表查找数据速度。每一层的数据都是有序的，上一层数据是下一层数据的子集，并且第一层(level 1)包含了全部的数据；层次越高，跳跃性越大，包含的数据越少。
跳表包含一个表头，它查找数据时，是从上往下，从左往右进行查找。现在“需要找出值为32的节点”为例，来对比说明跳表和普遍的链表。

图很清晰