接口继承关系和实现

集合类存放于java.util包中，主要有3种:set(集)、list(列表包含Queue)、map(映射)。

Collection：Collection是集合List、Set、Queue的最基本的接口。
Iterator：迭代器，可以通过迭代器遍历集合中的数据
Map：是映射表的基础接口

List

Java的List是非常常用的数据类型。List是有序的Collection。Java List一共三个实现类，分别是 ArrayList、Vector和LinkedList。

1.ArrayList（数组）

ArrayList是最常用的List实现类，内部是通过数组实现的，它允许对元素进行快速随机访问。数组的缺点是每个元素之间不能有间隔，当数组大小不满足时需要增加存储能力，就要将已经有数组的数据复制到新的存储空间中。当从ArrayList的中间位置插入或者删除元素时，需要对数组进行复制、移动、代价比较高。因此，它适合随机查找和遍历，不适合插入和删除。

2.Vector（数组实现、线程同步）

Vector与ArrayList一样，也是通过数组实现的，不同的是它支持线程同步，即某一时刻只有一个线程能够写Vector，避免多线程同时写而引起的不一致性，但实现同步需要很高的花费，因此，访问它比访问ArrayList慢。

3.LinkedList（链表）

LinkedList使用链表结构存储数据的，很适合数据的动态插入和删除，随机访问和遍历速度比较慢。另外，它还提供了List接口中没有定义的方法，专门用于操作表头和表尾元素，可以当作堆栈、队列和双向队列使用。

Set

Set注重独一无二的性质，该体系集合用于存储无序元素（存入和取出的顺序不一定相同），值不能重复。对象的相等性本质是对象hashCode值（java是依据对象的内存地址计算出的此序号）判断的，如果想要让两个不同的对象视为相等的，就必须覆盖Object的hashCode方法和equals方法。

1.HashSet（Hash表）

哈希表存放的是哈希值。HashSet存储元素的顺序并不是按照存入时的顺序（和List显然不同）而是按照哈希值来存的所以取数据也是按照哈希值取的。元素的哈希值是通过元素的hashcode方法来获取的，HashSet首先判断两个元素的哈希值，如果哈希值一样，接着会比较equals方法，如果equals结果为true，HashSet就视为同一个元素，如果equals为false就不是同一个元素。

哈希值相同equals为false的元素是怎么存储呢？就是在同样的哈希值下顺延（可以认为哈希值相同的元素放在一个哈希桶中）。也就是哈希一样的存一列。如图1 表示hashCode值不相同的情况；图2 表示hashCode值相同，但equals不相同的情况

HashSet通过hashCode值来确定元素在内存中的位置。一个hashCode位置上可以存放多个元素。

2.TreeSet（二叉树）

TreeSet()是使用二叉树的原理对新add()的对象按照指定的顺序排序（升序、降序），每增加一个对象都会进行排序，将对象插入到二叉树指定的位置。
Integer和String对象都可以进行默认的TreeSet排序，而自定义类的对象是不可以的，自己定义的类必须实现Comparable接口，并且覆写相应的compareTo()函数，才可以正常使用。
在覆写compare()函数时，要返回相应的值才能使TreeSet按照一定的规则来排序
比较此对象与指定对象的顺序，如果该对象小于、等于或大于指定对象，则分别返回负整数、零或正整数。

3.LinkHashSet（HashSet+LinKedHashMap）

对于LinkedHashSet而言，它继承于HashSet、又基于LinkeHashMap来实现的。LinkedHashSet底层使用LinkedHashMap来保存所有元素，它继承于HashSet，其所有的方法操作上又与HashSet相同，因此LinkedHashSet的实现上非常简单，只提供了四个构造方法，并通过传递一个标识参数，调用父类的构造器，底层构造一个LinkedHashMap来实现，在相关操作上与父类HashSet的操作相同，直接调用父类HashSet的方法即可。

Map

HashMap（数组+链表+红黑树）

HashMap根据键的hashCode值存储数据，大多数情况下可以直接定位到它的值，因而具有很快的访问速度，但遍历顺序却是不确定的。HashMap最多只允许一条记录的键为null，允许多条记录的值为null。HashMap非线程安全，即任意时刻可以有多个线程同时写HashMap，可能会导致数据的不一致。如果需要满足线程安全，可以用Collections的synchronizedMap方法使HashMap具有线程安全的能力，或者使用ConcurrentHashMap。我们用下面这张图来介绍HashMap的结构

JAVA7的实现

大方向上，HashMap里面是一个数组，然后数组中每个元素是一个单向链表。上图中，每个绿色的实体是嵌套类Entry的实例，Entry包含四个属性：key，value，hash值和用于单向链表的next。

capacity：当数组容量始终保持2^n 可以扩容，扩容后数组大小为当前的2倍。
loadFactor：负载因子，默认为075.
threshold：扩容的法制，等于capacity*loadFactor

JAVA8的实现

Java8对HashMap进行了一些修改，最大的不同就是利用了红黑树，所以是由数组+链表+红黑树组成。

根据Java7HashMap的介绍，我们知道，查找的时候，根据hash值我们能够快速定位到数组的具体下标，但是之后的话，需要顺着链表一个个比较下去才能找到我们需要的，时间复杂度取决于链表的长度，为O(n)。为了降低这部分的开销，在Java8中，当链表中的元素超过了8个以后，会将链表转换为红黑树，在这些位置进行查找的时候可以降低时间复杂度为O(logN)。

ConcurrentHashMap

1.Segment段

ConcurrentHashMap和HashMap思路是差不多的，但是因为它支持并发操作，所以要复杂一些。整个ConcurrentHashMap由一个个Segment组成，Segment代表”部分“或”一段“的意思，所以很多地方都会将其描述为分段锁。注意，行文中，我很多地方用”槽“来代表一个segment。

2.线程安全（Segment继承ReentrantLock加锁）

简单理解就是，ConcurrentHashMap是一个Segment数组，Segment通过继承ReentrantLock来进行加锁，所以每次需要加锁的操作锁住的是一个segment，这样只要保证每一个Segment是线程安全的，也就实现了全局的线程安全。

3.并行度（默认16）

concurrencyLevel：并行级别、并发数、Segment数，怎么翻译不重要，理解它。默认是16，也就是说ConcurrentHashMap有16个Segments，所以理论上这个时候，最多可以同时支持16个线程并发写，只要它们的操作分别分布在不同的Segment上。这个值可以在初始化的时候设置为其他值，但是一旦初始化以后，它是不可以扩容的。再具体到每个Segment内部，其实每个Segment很像之前介绍的HashMap，不过它要保证线程安全，所以处理起来要麻烦些。

4.Java8实现（引入了红黑树）

Java8对ConcurrentHashMap进行了比较大的改动Java8也引入了红黑树。

HashTable（线程安全）

Hashtable是遗留类，很多映射的常用功能与HashMap类似，不同的是它继承自Dictionary类，并且是线程安全的，任意时间只有一个线程能写Hashtable，并发性不如ConcurrentHashMap，因为ConcurrentHashMap引入了人分段锁。Hashtable不建议在新代码中使用，不需要线程安全的场合可以用HashMap替换，需要线程安全的场合可以用ConcurrentHashMap替换。