第五章：集合异界

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知识具象化场景

陆小柒踏入由集合框架构成的异世界，天空漂浮着不同数据结构的岛屿：

• HashMap森林：键值对组成的发光蘑菇，哈希碰撞化作缠绕树干的藤蔓，当负载因子超过阈值时整棵树会分裂成红黑树
• LinkedList峡谷：由节点锁链构成的悬崖，每个悬崖平台都有prev和next指针构成的吊桥
• ConcurrentHashMap堡垒：由分段锁铸就的钢铁城墙，CAS操作化作闪电在城墙间跳跃
• PriorityQueue火山：堆结构岩浆不断喷发，Comparator比较器控制着喷发优先级
• TreeMap古树：红黑树枝干维持着严格的平衡，旋转操作时枝干会发出机械齿轮的转动声

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实战代码谜题

任务： 修复被破坏的哈希森林平衡

// 导致哈希冲突风暴的诅咒代码
public class HashMapCurse {
    
    
    public static void main(String[] args) {
    
    
        Map<Key, String> map = new HashMap<>();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
    
    
            map.put(new Key(i), "value"+i);
        }
    }
    
    static class Key {
    
    
        int id;
        Key(int id) {
    
     this.id = id; }
        @Override public int hashCode() {
    
     return 1; } // 故意制造哈希冲突
    }
}

正确解法：

1. 实现合理的hashCode方法
2. 重写equals方法保证一致性
3. 采用Guava的Hashing优化分布

@Override
public int hashCode() {
    
    
    return Hashing.murmur3_32().hashInt(id).hashCode();
}

@Override
public boolean equals(Object o) {
    
    
    if (this == o) return true;
    if (!(o instanceof Key)) return false;
    Key key = (Key) o;
    return id == key.id;
}

特效： 修正后哈希森林的藤蔓自动重组为红黑树，碰撞区域发出金光

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原理剖析（角色对话）

集合精灵（手持由Entry节点构成的法杖）：
“看这HashMap的扰动函数！（法杖挥动出现哈希值光影）JDK8通过高位异或打破哈希碰撞攻击，当链表长度超过8（展示发光数字8符文），树化结界就会启动！”

陆小柒（触摸ConcurrentHashMap的城墙）：
“这些分段锁的闪电有什么特别之处？”

精灵（城墙突然透明化露出CAS操作火花）：
“在JDK8之后，这里改用synchronized+CAS+volatile的三重结界（浮现Node的val修饰符），锁粒度从段级细化到桶级！”

红黑树守卫（从古树中现身）：
“记住红黑树的五大法则：①根节点黑 ②叶节点黑 ③红节点子必黑 ④黑高相同 ⑤新插节点必红！”（每说一条，古树的对应部位就亮起红光）

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陷阱关卡

危机： 并发修改引发的迭代器风暴

List<String> list = new ArrayList<>(Arrays.asList("剑","盾","药"));
for (String item : list) {
    
    
    if ("药".equals(item)) {
    
    
        list.remove(item); // 触发ConcurrentModificationException雪崩
    }
}

破局步骤：

1. 发现foreach语法糖背后的Iterator检测机制
2. 改用Iterator的remove方法
3. 或使用CopyOnWriteArrayList防护结界

Iterator<String> it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
    
    
    String item = it.next();
    if ("药".equals(item)) {
    
    
        it.remove(); // 安全移除
    }
}

特效： 修正后迭代器化作金色飞龙，安全地修改集合结构

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性能优化挑战

任务： 平息LinkedList的随机访问海啸
原始代码：

// 遍历十万元素的链表（时间复杂度O(n²)）
List<Integer> list = new LinkedList<>();
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
    
     list.add(i); }

long sum = 0;
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
    
     // 使用get(i)随机访问
    sum += list.get(i);
}

优化方案：

1. 改用Iterator顺序访问
2. 转换为ArrayList临时副本
3. 使用ListIterator双向遍历

// 优化后时间复杂度O(n)
long sum = 0;
for (Integer num : list) {
    
    
    sum += num;
}

// 或使用流式处理
sum = list.stream().mapToInt(Integer::intValue).sum();

特效： 优化后遍历过程化作银色流光，性能监控显示耗时从15秒降至3毫秒

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本章技术总结

核心概念	现实映射	奇幻隐喻
哈希冲突	不同key相同hashcode	藤蔓缠绕
负载因子	扩容阈值	树化结界触发点
CAS操作	无锁并发	城墙闪电
快速失败机制	并发修改检测	结界警报
红黑树	平衡二叉搜索树	机械古树

章末彩蛋： 当陆小柒离开集合异界时，发现一块刻着Record的神秘石碑正在形成——暗示Java 16的记录类（Record）即将带来新的数据结构革命…