** 1.泛型和类型安全的容器**
ArrayList，可以自动扩充大小的数组，add插入对象，get访问对象，size查看对象数目。
class Apple{}
public class Box {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<Apple> a = new ArrayList<Apple>();
for(int i = 0; i < 10000; i++){
a.add(i);
}
}
}
像上面添加10000条数据，数组会自动扩充大小，看源码
@Override public void add(int index, E object) {
Object[] a = array;
int s = size;
if (index > s || index < 0) {
throwIndexOutOfBoundsException(index, s);
}
if (s < a.length) {
System.arraycopy(a, index, a, index + 1, s - index);
} else {
// assert s == a.length;
//由于原数组长度不能变化，这里新建数组实现扩容
Object[] newArray = new Object[newCapacity(s)];
//将原数组数据拷贝到新数组
System.arraycopy(a, 0, newArray, 0, index);
//将需要添加的元素添加到index + 1的位置
System.arraycopy(a, index, newArray, index + 1, s - index);
array = a = newArray;
}
a[index] = object;
size = s + 1;
modCount++;
}
//返回新数组的长度
private static int newCapacity(int currentCapacity) {
//默认MIN_CAPACITY_INCREMENT =12
int increment = (currentCapacity < (MIN_CAPACITY_INCREMENT / 2) ?
MIN_CAPACITY_INCREMENT : currentCapacity >> 1);
return currentCapacity + increment;
}
泛型的添加可以在编译期间防止将错误类型的对象放进容器中。
2.容器分类
观察上图，我们可以得出容器主要分为两种类型，两个接口Collection与Map定义了两类不同的对象存储方式。
**Collection接口 **
Collection是最基本的集合接口，一个Collection代表一组Object，即Collection的元素（Elements）。一些 Collection允许相同的元素而另一些不行。一些能排序而另一些不行。Java SDK不提供直接继承自Collection的类，Java SDK提供的类都是继承自Collection的“子接口”如List和Set。
所有实现Collection接口的类都必须提供两个标准的构造函数：无参数的构造函数用于创建一个空的Collection，有一个 Collection参数的构造函数用于创建一个新的Collection，这个新的Collection与传入的Collection有相同的元素。后一个构造函数允许用户复制一个Collection。
如何遍历Collection中的每一个元素？不论Collection的实际类型如何，它都支持一个iterator()的方法，该方法返回一个迭代子，使用该迭代子即可逐一访问Collection中每一个元素。典型的用法如下：
Iterator it = collection.iterator(); // 获得一个迭代子
while(it.hasNext()) {
Object obj = it.next(); // 得到下一个元素
}
由Collection接口派生的两个接口是List和Set。
**List接口 **
List是有序的Collection，使用此接口能够精确的控制每个元素插入的位置。用户能够使用索引（元素在List中的位置，类似于数组下标）来访问List中的元素，这类似于Java的数组。
和下面要提到的Set不同，List允许有相同的元素。
除了具有Collection接口必备的iterator()方法外，List还提供一个listIterator()方法，返回一个 ListIterator接口，和标准的Iterator接口相比，ListIterator多了一些add()之类的方法，允许添加，删除，设定元素，还能向前或向后遍历。
实现List接口的常用类有LinkedList，ArrayList，Vector和Stack。
**LinkedList类 **
LinkedList实现了List接口，允许null元素。此外LinkedList提供额外的get，remove，insert方法在 LinkedList的首部或尾部。这些操作使LinkedList可被用作堆栈（stack），队列（queue）或双向队列（deque）。
注意LinkedList没有同步方法。如果多个线程同时访问一个List，则必须自己实现访问同步。一种解决方法是在创建List时构造一个同步的List：
List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));
**ArrayList类 **
ArrayList实现了可变大小的数组。它允许所有元素，包括null。ArrayList没有同步。
size，isEmpty，get，set方法运行时间为常数。但是add方法开销为分摊的常数，添加n个元素需要O(n)的时间。其他的方法运行时间为线性。
每个ArrayList实例都有一个容量（Capacity），即用于存储元素的数组的大小。这个容量可随着不断添加新元素而自动增加，但是增长算法并没有定义。当需要插入大量元素时，在插入前可以调用ensureCapacity方法来增加ArrayList的容量以提高插入效率。
和LinkedList一样，ArrayList也是非同步的（unsynchronized）。
**Vector类 **
Vector非常类似ArrayList，但是Vector是同步的。由Vector创建的Iterator，虽然和ArrayList创建的 Iterator是同一接口，但是，因为Vector是同步的，当一个Iterator被创建而且正在被使用，另一个线程改变了Vector的状态（例如，添加或删除了一些元素），这时调用Iterator的方法时将抛出ConcurrentModificationException，因此必须捕获该异常。
**Stack 类 **
Stack继承自Vector，实现一个后进先出的堆栈。Stack提供5个额外的方法使得Vector得以被当作堆栈使用。基本的push和pop 方法，还有peek方法得到栈顶的元素，empty方法测试堆栈是否为空，search方法检测一个元素在堆栈中的位置。Stack刚创建后是空栈。
Set接口
Set是一种不包含重复的元素的Collection，即任意的两个元素e1和e2都有e1.equals(e2)=false，Set最多有一个null元素。
很明显，Set的构造函数有一个约束条件，传入的Collection参数不能包含重复的元素。
请注意：必须小心操作可变对象（Mutable Object）。如果一个Set中的可变元素改变了自身状态导致Object.equals(Object)=true将导致一些问题。
**Map接口 **
请注意，Map没有继承Collection接口，Map提供key到value的映射。一个Map中不能包含相同的key，每个key只能映射一个 value。Map接口提供3种集合的视图，Map的内容可以被当作一组key集合，一组value集合，或者一组key-value映射。
Hashtable类
Hashtable继承Map接口，实现一个key-value映射的哈希表。任何非空（non-null）的对象都可作为key或者value。
添加数据使用put(key, value)，取出数据使用get(key)，这两个基本操作的时间开销为常数。
Hashtable通过initial capacity和load factor两个参数调整性能。通常缺省的load factor 0.75较好地实现了时间和空间的均衡。增大load factor可以节省空间但相应的查找时间将增大，这会影响像get和put这样的操作。
使用Hashtable的简单示例如下，将1，2，3放到Hashtable中，他们的key分别是”one”，”two”，”three”：
Hashtable numbers = new Hashtable();
numbers.put(“one”, new Integer(1));
numbers.put(“two”, new Integer(2));
numbers.put(“three”, new Integer(3));
要取出一个数，比如2，用相应的key：
Integer n = (Integer)numbers.get(“two”);
System.out.println(“two = ” + n);
由于作为key的对象将通过计算其散列函数来确定与之对应的value的位置，因此任何作为key的对象都必须实现hashCode和equals方法。hashCode和equals方法继承自根类Object，如果你用自定义的类当作key的话，要相当小心，按照散列函数的定义，如果两个对象相同，即obj1.equals(obj2)=true，则它们的hashCode必须相同，但如果两个对象不同，则它们的hashCode不一定不同，如果两个不同对象的hashCode相同，这种现象称为冲突，冲突会导致操作哈希表的时间开销增大，所以尽量定义好的hashCode()方法，能加快哈希表的操作。
如果相同的对象有不同的hashCode，对哈希表的操作会出现意想不到的结果（期待的get方法返回null），要避免这种问题，只需要牢记一条：要同时复写equals方法和hashCode方法，而不要只写其中一个。
Hashtable是同步的。
<h2>HashMap类 <h2>
HashMap和Hashtable类似，不同之处在于HashMap是非同步的，并且允许null，即null value和null key。，但是将HashMap视为Collection时（values()方法可返回Collection），其迭代子操作时间开销和HashMap 的容量成比例。因此，如果迭代操作的性能相当重要的话，不要将HashMap的初始化容量设得过高，或者load factor过低。
HashMap的存储实现：
将多个 key-value 放入 HashMap 中时，如下：
HashMap<String , Double> map = new HashMap<String , Double>();
map.put("语文" , 80.0);
map.put("数学" , 89.0);
map.put("英语" , 78.2);
HashMap 采用“Hash 算法”来决定每个元素的存储位置。
当程序执行 map.put("语文" , 80.0); 时，系统将调用"语文"的 hashCode() 方法得到其 hashCode 值——每个 Java 对象都有 hashCode() 方法，都可通过该方法获得它的 hashCode 值。得到这个对象的 hashCode 值之后，系统会根据该 hashCode 值来决定该元素的存储位置。
源码如下：
static final int hash(Object paramObject){
int i;
return ((paramObject == null) ? 0 : (i = paramObject.hashCode()) ^ i >>> 16);
}
1、首先获取对象的hashCode()值；
2、然后将hashCode值右移16位；
3、然后将右移后的值与原来的hashCode做异或运算，返回结果。
（其中h>>>16，在JDK1.8中，优化了高位运算的算法，使用了零扩展，无论正数还是负数，都在高位插入0）。
putVal方法
jdk1.8中hashmap 的实现是通过数组+链表+红黑树来实现的，如果链表的结点数大于8，那么就将链表重构成红黑树。(图片来源于网络)
接着看 HashMap 类的 put(K key , V value) 方法的源代码：
public V put(K paramK, V paramV){
return putVal(hash(paramK), paramK, paramV, false, true);
}
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;//如果当前hashMap中无数据，那么调用resize()方法扩容
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)//如果当前通过hash方法找到的hash桶数组中没有值
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);//那么直接在当前结点新建结点对象
else {//如果在当前hash桶数组中该位置有值了
Node<K,V> e; K k;//比较该位置的hash值与传入的参数hash值是否相等，并且key值是否相等
if (p.hash == hash && //即判断是否是同一个key对象
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;//如果是，那么将当前数组中的对象p 赋值给 临时对象e，然后在下面替换掉value值就可以了
else if (p instanceof TreeNode)//如果不是同一key对象，那么判断p是否是红黑树结点
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);//如果是，那么在红黑树中插入结点
else {//如果不是，那么就是普通的结点了，即存放在链表中
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) {//找到链表的最后一个结点
p.next = newNode(hash, key, value, null);//插入新节点
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);//如果大于8，那么重构成红黑树
break;
}
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
//如果在链表中存在的是同一个key对象，那么直接在下面的方法中替换掉
p = e;
}
}//如果当前位置的对象是同一对象，那么直接替换掉
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
if (++size > threshold)//如果超过当前的阀值，那么扩容
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
resize方法
（1） 在jdk1.8中，resize方法是在hashmap中的键值对大于阀值时或者初始化时，就调用resize方法进行扩容；
（2）每次扩展的时候，都是扩展2倍；
（3）扩展后Node对象的位置要么在原位置，要么移动到原偏移量两倍的位置。
final Node<K,V>[] resize() {
Node<K,V>[] oldTab = table;//oldTab指向hash桶数组
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;
if (oldCap > 0) {//如果oldCap不为空的话，就是hash桶数组不为空
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {//如果大于最大容量了，就赋值为整数最大的阀值
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;//返回
}//如果当前hash桶数组的长度在扩容后仍然小于最大容量 并且oldCap大于默认值16
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // double threshold 双倍扩容阀值threshold
}
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
newCap = oldThr;
else { // zero initial threshold signifies using defaults
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
if (newThr == 0) {
float ft = (float)newCap * loadFactor;
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
}
threshold = newThr;
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];//新建hash桶数组
table = newTab;//将新数组的值复制给旧的hash桶数组
if (oldTab != null) {//进行扩容操作，复制Node对象值到新的hash桶数组
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
Node<K,V> e;
if ((e = oldTab[j]) != null) {//如果旧的hash桶数组在j结点处不为空，复制给e
oldTab[j] = null;//将旧的hash桶数组在j结点处设置为空，方便gc
if (e.next == null)//如果e后面没有Node结点
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;//直接对e的hash值对新的数组长度求模获得存储位置
else if (e instanceof TreeNode)//如果e是红黑树的类型，那么添加到红黑树中
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
else { // preserve order
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
Node<K,V> next;
do {
next = e.next;//将Node结点的next赋值给next
if ((e.hash & oldCap) == 0) {//如果结点e的hash值与原hash桶数组的长度作与运算为0
if (loTail == null)//如果loTail为null
loHead = e;//将e结点赋值给loHead
else
loTail.next = e;//否则将e赋值给loTail.next
loTail = e;//然后将e复制给loTail
}
else {//如果结点e的hash值与原hash桶数组的长度作与运算不为0
if (hiTail == null)//如果hiTail为null
hiHead = e;//将e赋值给hiHead
else
hiTail.next = e;//如果hiTail不为空，将e复制给hiTail.next
hiTail = e;//将e复制个hiTail
}
} while ((e = next) != null);//直到e为空
if (loTail != null) {//如果loTail不为空
loTail.next = null;//将loTail.next设置为空
newTab[j] = loHead;//将loHead赋值给新的hash桶数组[j]处
}
if (hiTail != null) {//如果hiTail不为空
hiTail.next = null;//将hiTail.next赋值为空
newTab[j + oldCap] = hiHead;//将hiHead赋值给新的hash桶数组[j+旧hash桶数组长度]
}
}
}
}
}
return newTab;
}
get方法
（1）get(Object key)
一般我们是通过get（key）来获取对象的键值，在jdk1.8源码中，通过getNode(hash(key),key)来获取结点对象，如果返回的结果不为空，那么就表示有对应的结点，返回e.value。
public V get(Object key) {
Node<K,V> e;
return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}
（2）getNode(int hash, Object key)
final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
if (first.hash == hash && // 总是从第一个检查开始 ，比较hash值 和key值
((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return first;
if ((e = first.next) != null) {
if (first instanceof TreeNode)//如果是红黑树类型，那么在红黑树中查找
return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
do {
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
} while ((e = e.next) != null);//循环遍历
}
}
return null;//表示没有找到
}
**WeakHashMap类 **
WeakHashMap是一种改进的HashMap，它对key实行“弱引用”，如果一个key不再被外部所引用，那么该key可以被GC回收。
总结
1.如果涉及到堆栈，队列等操作，应该考虑用List，对于需要快速插入，删除元素，应该使用LinkedList，如果需要快速随机访问元素，应该使用ArrayList。
2.如果程序在单线程环境中，或者访问仅仅在一个线程中进行，考虑非同步的类，其效率较高，如果多个线程可能同时操作一个类，应该使用同步的类。
3.要特别注意对哈希表的操作，作为key的对象要正确复写equals和hashCode方法。
4.尽量返回接口而非实际的类型，如返回List而非ArrayList，这样如果以后需要将ArrayList换成LinkedList时，客户端代码不用改变。这就是针对抽象编程。
