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老卢带你一探Java集合框架源码奥秘：从List到Map，深度解析常用数据结构原理

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Java集合框架是Java编程语言中非常重要的一个组成部分，它提供了一套丰富的数据结构和算法实现。在Java集合框架中，我们可以看到从List到Map等各种常用的数据结构，这些结构在Java开发中扮演着不可或缺的角色。在这篇文章中，老卢将带你一起深入解析Java集合框架源码的奥秘，从List到Map，探究这些常用数据结构的原理。

一、List简介及原理

1.1 List简介

List是一个有序集合，它允许重复的元素，并且可以根据元素的索引快速访问任何一个元素。

1.2 常用List实现

Java提供了几种List的实现，包括ArrayList、LinkedList和Vector。以下是它们各自的原理：

  • ArrayList：基于动态数组实现，提供快速的随机访问能力，但是插入和删除操作性能较差。

    public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, Serializable {
  private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;
  private transient Object[] elementData;
  private int size;


  // ArrayList构造函数，初始化elementData为数组
  public ArrayList(int initialCapacity) {
      if (initialCapacity >= 0) {
          this.elementData = new Object[initialCapacity];
      } else {
          throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: " + initialCapacity);
      }
  }


  // ... 省略其他方法
}

  • LinkedList：基于双向链表实现，适合插入和删除操作频繁的场景。

    public class LinkedList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, Deque<E>, Cloneable, Serializable {
  private static final long serialVersionUID = -4628624915082555227L;
  transient int size = 0;
  transient Node<E> first;
  transient Node<E> last;


  // LinkedList构造函数
  public LinkedList() {
  }


  // ... 省略其他方法
}

  • Vector：线程安全的动态数组实现，但是性能较差。

二、Set简介及原理

2.1 Set简介

Set是一个不允许重复元素的集合，它主要用于存储唯一元素。

2.2 常用Set实现

Java提供了几种Set实现，包括HashSet、TreeSet和LinkedHashSet。

  • HashSet：基于HashMap实现，它不保证元素的顺序。

    public class HashSet<E> extends AbstractSet<E> implements Set<E>, Cloneable, Serializable {
  private transient HashMap<E, Object> map;


  // HashSet构造函数，使用HashMap
  public HashSet() {
      this.map = new HashMap<>();
  }


  // ... 省略其他方法
}

  • TreeSet：基于红黑树实现，元素按自然顺序排序。

    public class TreeSet<E> extends AbstractSet<E> implements NavigableSet<E>, Cloneable, Serializable {
  private transient Comparator<? super E> comparator;
  private transient Object[] data;
  private transient int size = 0;


  // TreeSet构造函数
  public TreeSet() {
      comparator =Comparator.naturalOrder();
  }


  // ... 省略其他方法
}

  • LinkedHashSet：基于LinkedHashMap实现，它结合了HashSet和LinkedList的优点，即不保证元素顺序且提供了插入顺序。

三、Map简介及原理

3.1 Map简介

Map是一个键值对（Key-Value）的集合，它存储了多个键值对元素。

3.2 常用Map实现

Java提供了几种Map实现，包括HashMap、TreeMap、LinkedHashMap和Properties。

  • HashMap：基于散列表（Hash Table）实现，提供了快速的查找、添加和删除操作。

    public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {
  private static final long serialVersionUID = 362498820763181265L;


  // HashMap构造函数
  public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
      if (initialCapacity < 0)
          throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: " + initialCapacity);
      if (initialCapacity == 0)
          this.table = EMPTY_TABLE;
      if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
          throw new IllegalArgumentException("Illegal Load factor: " + loadFactor);
      this.loadFactor = loadFactor;
      this.threshold = initialCapacity;
      if (initialCapacity == 0) {
          this.threshold = DEFAULT初始容量;
      }
  }


  // ... 省略其他方法
}

  • TreeMap：基于红黑树实现，键值对元素按键的自然顺序或指定Comparator的顺序排列。

    public class TreeMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements NavigableMap<K,V>, Cloneable, Serializable {
  private static final long serialVersionUID = -21201203932414000L;
  private final Comparator<? super K> comparator;
  private transient Entry<K,V>[] table;


  // TreeMap构造函数
  public TreeMap() {
      this.comparator = Comparator.naturalOrder();
  }


  // ... 省略其他方法
}

  • LinkedHashMap：基于LinkedHashMap实现，它提供了键值对元素的插入顺序访问。

通过以上对Java集合框架的源码解析，相信你对常用数据结构的原理有了更深入的了解。在实际开发中，根据具体场景选择合适的数据结构可以显著提高程序的效率。希望这篇文章能帮助你更好地掌握Java集合框架的奥秘。

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