List-LinkedList、set集合基础增强底层源码分析

List-LinkedList

作者 : Stanley 罗昊

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继上一章继续讲解,上章内容:

 List-ArreyLlist集合基础增强底层源码分析:https://www.cnblogs.com/StanleyBlogs/p/10396253.html

List-LinkedList

首先,LinkedList底层是一个链表结构,链表结构的特点,并且是双向链表;

 增删快 、查询慢 

并分为 单向链表跟双向链表

单向链表

单向链表,每个元素都称之为一个节点,每个节点都由两部分组成分别是,数据 、指向下一个节点的指针;

单向链表每一个节点在内存中存储上、空间位置上、都是无无序的;

链表查询效率较低

单向链表中的每个元素在空间的存储位置上没有规律,也没有顺序,那么在查找某个元素的时候,必须从头节点挨着往后找,直到找到为止;

链表增 删 效率高

因为链表每个元素在存储的空间是没有顺序的,,删除或者添加某个元素,只需要让指针重新指向即可,不需要将其他元素位移。所以随机增删效率较高

双向链表

双向链表的查找方式是交替查找,就是左表查找一个,右边查找一个,最终左表跟右边谁先返回,那么谁就先找到;

双向链表就是双向开工,最后离谁近我返回谁,说白就是谁查的次数最少,我返回谁;

LinkedList底层讲解

那么,链表结构在底层保存的是什么结构呢?

Node(节点),它底层保存的是Node,一个节点一个节点的;

我们点进源码后我们开始进行分析:

    transient int size = 0;

  我们点进源码后,看到的第一个属性就是 size =0;

这句话的意思就是,LinkedList初始值是0,也就是,你没有给它任何数据的时候,它的长度为0;

再往下看:

   transient Node<E> first;//代表第一个节点 

    /**
     * Pointer to last node.
     * Invariant: (first == null && last == null) ||
     *            (last.next == null && last.item != null)
     */

  我们看到了Node,Node这个对象,就代表链表中的每一个元素;

我们点进去看一下,Node里面有什么:

 private static class Node<E> {
        E item;
        Node<E> next;
        Node<E> prev;

        Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {
            this.item = element;
            this.next = next;
            this.prev = prev;
        }
    }

  我们点进去后,第一行有一个E,这个E是干什么的呢?

这个E就代表,本节点的信息,比如说你这里插入的数据的类型都是String类型,那么这个节点的类型就是String,另外一个节点可能是int类型,double类型,那么节点类型也就不同,所以这个E是个泛型;

再往下走,有一个next跟一个prev;

next代表下一个,prev代表前一个;

为什么会有这两个呢,是因为便于双向查找的时候能够找到对方;

    transient Node<E> last;//代表最后一个节点

    /**
     * Constructs an empty list.
     */

我们看到在底层源码中,还有一个代表最后一个节点的方法,我们发现,两个方法分别声明,为什么不写在一起呢?

因为,最后一个节点的信息,跟中间的信息保存的不一样!

第一个节点只需要保存,下一个节点,而最后一个节点只需要保存上一个节点;

总结:

我需要知道的是LinkedList是一个链表结构,链表结构的特点是查询慢 增删快;

还有链表结构的每一个元素都是一个Node(节点),而Node的底层,就是一个双向链表;

每个Node都会存储三个信息,prev item next;

Set集合

set集合特点:

无序、不重复;

这里的无序是指,没有添加顺序;

它有两个实现类,分别是 HashSet、TreeSet

首先我们先关注HashSet;

HashSet

创建一个HashSet集合:

Set<泛型> 对象名 = new HashSet<String>();

添加元素:

对象名.add("");

下面我们就做一些例子来更好的讲一下HashSet集合;

1.创建一个HashSet赋值,并用增强for循环打印,添加相同元素观察状态;

Set<String> set01 = new HashSet<String>();

set.add("hh");

set.add("aa");

set.add("cc");

set.add("hh");

for(String str : set01){

syso(str);

}

执行结果我们会发现,我们明明添加进去了两个,为什么却值打印出来一个hh?

这就是HashSet的特性,值不能重复;

那么它是如何做到的呢,它是如何保证元素不重复的?

我们现在可以假设一下HashSet的底层是什么,我们假设它底层是一个数组,那么,数组是如何做到元素不重复的呢?

是不是要从头开始遍历,直到遍历结束后发现这个元素没有出现过,那么就表明这个元素确实为唯一未重复的;

但是,如果数组的长度非常长,这个时候,你这样的方法,还能行得通吗?当然不行了,因为性能太低了!

它的底层确实是数组,但是,缺不是这样的遍历方式,而是hash算法;

所有元素存储的时候,存的是hashcode的元素值,那个这个值是可以当成它索引;

hash算法

*任何一种hashcode的算法都无法达到绝对的完美*

*必然会存在hashcode值的冲突*

假如我现在要添加一个元素,加进来之后首先会计算这个值的hashcode值,如果这个hashcode值 = 50,那我就把你这个元素存到下标为50的数组的对应位置上;

这个时候又假设又存进来一个“bb”,首先第一步还是需要先计算它的hashcode值,假设bb的hashcode值 = 25,那么,它就会被分配到下标为25的数组里;

这个时候我又存进来了一个元素“cc”,当你插入cc元素的时候,首先还是需要先算一个你这个元素的hashcode值,假设这个cc还等与25,那么这个cc是不是也要去找相对应的下标为25的位置了,但是发现,这个25这个位置已经被bb占用了,这个时候就会触发底层的equals方法进行内容比较,如果内容相同,则不让你插入,如果不同,那么就会以列表的方式进行插入,就是挂在“bb”的下面;

在java1.5的时候,以上这个结构被称之为,hashset桶表+链表;

在java1.8点时候,以上转增结构被称之为,桶表+链表+二叉树;

为什么要加二叉树?

假设有许多hashcode的值 = 25,那么你是不是就需要一直的往下挂呀;

大家都知道链表是有缺陷的,就是查找慢!那你查的时候,是不是就是从第一个开始遍历,去寻找啊,假设这个元素刚好在链表的最末端,那么你需要查多久啊;

所以到1.8之后,为了避免这种情况出现,所以它对这个链表做了一个优化,链表深度超过8的时候,就会转化成二叉树

hashset底层代码分析

进去之后,首先第一句话:

    private transient HashMap<E,Object> map;

    // Dummy value to associate with an Object in the backing Map

  看到这个map,就说明set跟map是有一定关系的,你说白了set的底层实现,事实上就是map的底层实现;

看一下set的底层构造方法:

    public HashSet() {
        map = new HashMap<>();
    }

    /**
     * Constructs a new set containing the elements in the specified
     * collection.  The <tt>HashMap</tt> is created with default load factor
     * (0.75) and an initial capacity sufficient to contain the elements in
     * the specified collection.
     *
     * @param c the collection whose elements are to be placed into this set
     * @throws NullPointerException if the specified collection is null
     */

  是HashMap;

所以点进去后你会发现,最后还是到了HashMap的底层里面去了;

首先看第一行:

   /**
     * The default initial capacity - MUST be a power of two.
     */
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16

  默认长度是 16;

再往下走:

    /**
     * The maximum capacity, used if a higher value is implicitly specified
     * by either of the constructors with arguments.
     * MUST be a power of two <= 1<<30.
     */
    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

  这个是最大容量,int的最大值/2;10亿左右

再往下:

    /**
     * The load factor used when none specified in constructor.
     */
    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

这个是默认加载因子;

也就是16元素,到第16*0.75(12);

也就是到达12个元素即将到达第13个元素的时候,它就开始扩容,并以二倍的速度开始扩的;

再往下看:

 /**
     * The bin count threshold for using a tree rather than list for a
     * bin.  Bins are converted to trees when adding an element to a
     * bin with at least this many nodes. The value must be greater
     * than 2 and should be at least 8 to mesh with assumptions in
     * tree removal about conversion back to plain bins upon
     * shrinkage.
     */
    static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

这个就是树结构控制;

每个链表达到8之后,就开始自动转化为二叉树结构;

什么是时候会触发链表啊?

hash算法相同的时候会把值相同的放到同一个链表上;

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