学习集合类源码对我们实际工作的帮助和应用！

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Java的集合类包括Map和Collection两大类。Collection包括List、Set和Queue三个小类。

如下图：

这边文章通过源码解读的方式带大家了解一下：集合类使用过程中常见的问题以及学习一些优秀的设计思想。

集合批量操作性能

集合的单个操作，一般都没有性能问题，性能问题主要出现的批量操作上。

如批量新增操作：

在 List 和 Map 大量数据新增的时候，使用 for 循环 + add/put 方法新增，这样子会有很大的扩容成本，我们应该尽量使用 addAll 和 putAll 方法进行新增，如下演示了两种方案的性能对比：

单个 for 循环新增 300 w 个，耗时1518。批量新增 300 w 个，耗时8。

可以看到，批量新增方法性能是单个新增方法性能的 189 倍，主要原因在于批量新增，只会扩容一次，大大缩短了运行时间，而单个新增，每次到达扩容阀值时，都会进行扩容，在整个过程中就会不断的扩容，浪费了很多时间。

我们来看下批量新增的源码：

我们可以看到，整个批量新增的过程中，只扩容了一次。

集合线程安全性

集合的非线程安全指的是：集合类作为共享变量，被多线程读写的时候是不安全的，如果要实现线程安全的集合，在类注释中，JDK 统一推荐我们使用 ​​Collections.synchronized*​​ 类。

Collections 帮我们实现了 List、Set、Map 对应的线程安全的方法， 如下图：

从源码中我们可以看到 Collections 是通过 synchronized 关键字给 List 操作数组的方法加上锁，来实现线程安全的。

集合类方法常见的问题

List

Arrays.asList()方法

我们把数组转化成集合时，常使用 ​​Arrays.asList(array)​​，这个方法有两个问题，代码演示如下：

问题一：修改数组的值，会直接影响原list。

public void testArrayToList(){ Integer[] array = new Integer[]{1,2,3,4,5,6}; List list = Arrays.asList(array); // 问题1：修改数组的值，会直接影响原 list log.info("数组被修改之前，集合第一个元素为：{}",list.get(0)); array[0] = 10; log.info("数组被修改之前，集合第一个元素为：{}",list.get(0));

问题二：不能对新 List 进行 add、remove 等操作，否则运行时会报 UnsupportedOperationException 错误。

public void testArrayToList(){ Integer[] array = new Integer[]{1,2,3,4,5,6}; List list = Arrays.asList(array); // 问题2：使用 add、remove 等操作 list 的方法时， // 会报 UnsupportedOperationException 异常 list.add(7);}

原因分析：

从上图中，我们可以发现，​​Arrays.asList​​​ 方法返回的 List 并不是 ​​java.util.ArrayList​​，而是自己内部的一个静态类，该静态类直接持有数组的引用，并且没有实现 add、remove 等方法，这些就是问题 1 和 2 的原因。

list.toArray方法

list = new ArrayList(){{ add(1); add(2); add(3); add(4); }}; // 下面这行代码是无法转化成数组的，无参 toArray 返回的是 Object[], // 无法向下转化成 List，编译都无法通过 // List list2 = list.toArray(); // 有参 toArray 方法，数组大小不够时，得到数组为 null 情况 Integer[] array0 = new Integer[2]; list.toArray(array0); log.info("toArray 数组大小不够，array0 数组[0] 值是{},数组[1] 值是{},",array0[0],array0[1]); // 数组初始化大小正好，正好转化成数组 Integer[] array1 = new Integer[list.size()]; list.toArray(array1); log.info("toArray 数组大小正好，array1 数组[3] 值是{}",array1[3]); // 数组初始化大小大于实际所需大小，也可以转化成数组 Integer[] array2 = new Integer[list.size()+2]; list.toArray(array2); log.info("toArray 数组大小多了，array2 数组[3] 值是{}，数组[4] 值是{}",array2[3],array2[4]);

toArray 数组大小不够，array0 数组[0] 值是null,数组[1] 值是null,toArray 数组大小正好，array1 数组[3] 值是4toArray 数组大小多了，array2 数组[3] 值是4，数组[4]

原因分析：

toArray 的无参方法，无法强转成具体类型，这个编译的时候，就会有提醒，我们一般都会去使用带有参数的 toArray 方法，这时就有一个坑，如果参数数组的大小不够，这时候返回的数组值是空。

Collections.emptyList()方法

问题：

在返回的 ​​Collections.emptyList();​​ 上调用了add()方法，抛出异常 UnsupportedOperationException。

分析：

​​Collections.emptyList()​​ 返回的是不可变的空列表，这个空列表对应的类型是EmptyList，这个类是Collections中的静态内部类，继承了AbstractList。

AbstractList中默认的add方法是没有实现的，直接抛出UnsupportedOperationException异常。

而EmptyList只是继承了AbstractList，却并没有重写add方法，因此直接调用add方法会抛异常。

除了emptyList，还有emptySet、emptyMap等也一样。

List.subList()方法

​​list.subList()​​ 产生的集合也会与原始List互相影响。

建议使用时，通过​​List list = Lists.newArrayList(arrays);​​来生成一个新的list，不要再操作原列表。

UnmodifiableList

UnmodifiableList是Collections中的内部类，通过调用 ​​Collections.unmodifiableList(List list)​​ 可返回指定集合的不可变集合。

集合只能被读取，不能做任何增删改操作，从而保护不可变集合的安全。但这个不可变仅仅是正向的不可变。

反过来如果修改了原来的集合，则这个不可变集合仍会被同步修改。因为不可变集合底层使用的还是原来的List。

Map

ConcurrentHashMap不允许为null

​​ConcurrentHashMap#put​​​方法的源码，开头就看到了对​​KV​​的判空校验。

为什么​​ConcurrentHashMap​​​与 ​​HashMap​​设计的判断逻辑不一样？

Doug Lea 老爷子的解释是：

​​null​​​会引起歧义，如果​​value​​​为​​null​​​，我们无法得知是值为​​null​​​，还是​​key​​未映射具体值？Doug Lea 并不喜欢​​null​​​，认为​​null​​ 就是个隐藏的炸弹。

贴一下常用​​Map​​​子类集合对于 ​​null​​存储情况：

HashMap 是无序的

举例：

import java.util.HashMap;public class App { public static void main(String[] args) { HashMap result = getList(); result.forEach((k, v) -> { System.out.println(k + "：" + v); }); } // 查询方法(简化版) public static HashMap getList() { HashMap result = new HashMap<>(); // 最终返回的结果集 // 伪代码：从数据库中查询出了数据，然后对数据进行处理之后，存到了 for (int i = 1; i <= 5; i++) { result.put("2022-" + i, "hello java" + i); } return

结果并没有按先后顺序返回。

原因分析

HashMap 使用的是哈希方式进行存储的，因此存入和读取的顺序可能是不一致的，这也说 HashMap 是无序的集合，所以会导致插入的顺序，与最终展示的顺序不一致。

解决方案：将无序的 HashMap 改为有序的 LinkedHashMap。

LinkedHashMap 属于 HashMap 的子类，所以 LinkedHashMap 除了拥有 HashMap 的所有特性之后，还具备自身的一些扩展属性，其中就包括 LinkedHashMap 中额外维护了一个双向链表，这个双向链表就是用来保存元素的（插入）顺序的。

Set

如果是需要对我们自定义的对象去重，就需要我们重写 hashCode 和 equals 方法。

不然HashSet调用默认的hashCode方法判断对象的地址，不等就达不到想根据对象的值去重的目的。

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