如何在Java中实现集合？

1、HashMap

public class HashMapDemo {
    private Map map = null;
    public void init() {
        map = new HashMap();
        map.put("a", "aaa");
        map.put("b", "bbb");
        map.put("c", "ccc");
        System.out.println(map);
    }
    // 添加元素
    public void testPut() {
        // V put(K key, V value) ：把指定的key和value添加到集合中
        map.put("a1", "aaa");
        map.put("b1", "bbb");
        map.put("c1", "ccc");
        System.out.println(map);
        // void putAll(Mapm) ：把指定集合添加集合中
        Map map1 = new HashMap();
        map1.put("e", "eee");
        map1.put("f", "fff");
        map.putAll(map1);
        System.out.println(map);
        // default V putIfAbsent(K key, V value) ：如果key不存在就添加
        map.putIfAbsent("a", "hello");
        System.out.println(map);
        map.putIfAbsent("g", "ggg");
        System.out.println(map);
    }
    // 修改元素
    public void testModify() {
        // V put(K key, V value) ：把集合中指定key的值修改为指定的值
        map.put("a", "hello");
        map.put("a", "world");
        System.out.println(map);
        // 说明，当key相同时，后面的值会覆盖前面的值。
        // default V replace(K key, V value) ：根据key来替换值，而不做增加操作
        Object replace = map.replace("b1", "java");
        System.out.println(replace);
        System.out.println(map);
        //default boolean replace(K key, V oldValue,V newValue)
    }
    // 删除元素
    public void testRemove() {
        // V remove(Object key) ：根据指定key删除集合中对应的值
        Object c = map.remove("c");
        System.out.println(c);
        System.out.println(map);
        // default boolean remove(Object key, Objectvalue) ：根据key和value进行删除
        map.remove("b", "bbb1");
        System.out.println(map);
        // void clear() ：清空集合中所有元素
        map.clear();
        System.out.println(map);
    }
    // 判断元素
    public void testJudge() {
        // boolean isEmpty() ：判断集合是否为空，如果是返回true，否则返回false
        System.out.println(map.isEmpty());
        // boolean containsKey(Object key) ：判断集合中是否包含指定的key，包含返回true，否则返回false
        boolean flag = map.containsKey("a");
        System.out.println(flag); // true
        flag = map.containsKey("a1");
        System.out.println(flag); // false
        // boolean containsValue(Object value) ：判断集合中是否包含指定的value，包含返回true，否则返回false
        flag = map.containsValue("aaa");
        System.out.println(flag); // true
        flag = map.containsValue("aaa1");
        System.out.println(flag); // false
    }
    // 获取元素
    public void testGet() {
        // int size() ：返回集合的元素个数
        int size = map.size();
        System.out.println(size);
        // V get(Object key) ：根据Key获取值，如果找到就返回对应的值，否则返回null
        Object val = map.get("a");
        System.out.println(val);
        val = map.get("a1");
        System.out.println(val); // null
        // default V getOrDefault(Object key, VdefaultValue) ：根据Key获取值，如果key不存在，则返回默认值
        val = map.getOrDefault("a1", "hello");
        System.out.println(val);
        // Collection values() ：返回集合中所有的Value
        Collection values = map.values();
        for (Object value : values) {
            System.out.println(value);
        }
        // Set keySet() ：返回集合中所有的Key
        Set set = map.keySet();
        for (Object o : set) {
            System.out.println(o);
        }
    }
    // 迭代元素
    public void testIterator() {
        // 第一种：通过key获取值的方式
        Set keySet = map.keySet();
        Iterator it = keySet.iterator();
        while (it.hasNext()) {
            Object key = it.next();
            Object val = map.get(key);
            System.out.println(key + "=" + val);
        }
        System.out.println("------------------------ ");
        // 第二种：使用for循环
        for (Object key : map.keySet()) {
            System.out.println(key + "=" +
                               map.get(key));
        }
        System.out.println("------------------------ ");
        // 第三种：使用Map接口中的内部类来完成，在框架中大量使用
        Set entrySet = map.entrySet();
        for (Object obj : entrySet) {
            Map.Entry entry = (Map.Entry) obj;
            System.out.println(entry.getKey() + "=" +
                               entry.getValue());
        }
    }
}

说明：在HashMap中键-值允许为空，但键唯一，值可重复。hashMap不是线程安全的。

2、TreeMap

是一个有序的集合，默认使用的是自然排序方式。

public class Person implements Comparable {
    private String name;
    private int age;
    @Override
    public int compareTo(Object o) {
    if (o instanceof Person) {
    Person p = (Person) o;
    return this.age - p.age;
    }
    return 0;
}
    public Person() {}
    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
            "name='" + name + '\'' +
            ", age=" + age +
            '}';
    }
}

测试

public class TeeMapDemo {
    @Test
    public void testInteger() {
        TreeMap tm = new TreeMap();
        tm.put(3, 333);
        tm.put(2, 222);
        tm.put(11, 111);
        tm.put(2, 222);
        System.out.println(tm);
    }
    @Test
    public void testString() {
        TreeMap tm = new TreeMap();
        tm.put("hello", "hello");
        tm.put("world", "world");
        tm.put("about", "");
        tm.put("abstract", "");
        System.out.println(tm);
    }
    @Test
    public void testPerson() {
        TreeMap tm = new TreeMap(new Comparator(){
            @Override
            public int compare(Object o1, Object o2) {
                if (o1 instanceof Person && o2
                    instanceof Person) {
                    Person p1 = (Person) o1;
                    Person p2 = (Person) o2;
                    return p1.getAge() - p2.getAge();
                }
                return 0;
            }
        });
        tm.put(new Person("张三",18), null);
        tm.put(new Person("李四",17), null);
        System.out.println(tm);
    }
}

说明：从上面的代码可以发现，TreeMap的使用和TreeSet的使用非常相似，观察HashSet集合的源代码可以看出，当创建 HashSet集合时，其实是底层使用的是HashMap。

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

HashSet实际上存的是HashMap的Key。

3.ConcurrentHashMap

在Map集合中我们介绍了HashMap，TreeMap，在多线程的情况下这些集合都不是线程安全的，因此可能出现线程安全的问题。

在Java中Hashtable是一种线程安全的HashMap，Hashtable在方法上与HashMap并无区别，仅仅只是在方法使用了synchronized以此来达到线程安全的目的，我们观察Hashtable的源码。

public synchronized V get(Object key) {
        Entry tab[] = table;
        int hash = key.hashCode();
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        for (Entry e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
            if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
                return (V)e.value;
            }
        }
        return null;
    }

以上是Hashtable的get源码，可以看出它仅仅只是在方法上添加了锁，这大大降低了线程的执行效率，以牺牲效率的形式来达到目的，这显然不是我们在实际中想要的，因此我们需要一种既能在线程安全方面有保障，在效率上还可以的方法。

ConcurrentHashMap采用的是分段锁的原理，我们观察源码。

 public V put(K key, V value) {
        return putVal(key, value, false);
    }
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
        if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
        int hash = spread(key.hashCode());
        int binCount = 0;
        for (Node[] tab = table;;) {
            Node f; int n, i, fh;
            if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
                tab = initTable();
            else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
                if (casTabAt(tab, i, null,
                             new Node(hash, key, value, null)))
                    break;                   // no lock when adding to empty bin
            }
            else if ((fh = f.hash) == MOVED)
                tab = helpTransfer(tab, f);
            else {
                V oldVal = null;
                synchronized (f) {
                    if (tabAt(tab, i) == f) {
                        if (fh >= 0) {
                            binCount = 1;
                            for (Node e = f;; ++binCount) {
                                K ek;
                                if (e.hash == hash &&
                                    ((ek = e.key) == key ||
                                     (ek != null && key.equals(ek)))) {
                                    oldVal = e.val;
                                    if (!onlyIfAbsent)
                                        e.val = value;
                                    break;
                                }
                                Node pred = e;
                                if ((e = e.next) == null) {
                                    pred.next = new Node(hash, key,
                                                              value, null);
                                    break;
                                }
                            }
                        }
                        else if (f instanceof TreeBin) {
                            Node p;
                            binCount = 2;
                            if ((p = ((TreeBin)f).putTreeVal(hash, key,
                                                           value)) != null) {
                                oldVal = p.val;
                                if (!onlyIfAbsent)
                                    p.val = value;
                            }
                        }
                    }
                }
                if (binCount != 0) {
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
                        treeifyBin(tab, i);
                    if (oldVal != null)
                        return oldVal;
                    break;
                }
            }
        }
        addCount(1L, binCount);
        return null;
    }

从源码中可以看出ConcurrentHashMap仅仅是在当有线程去操作当前数据的时候添加了锁，因此效率大大提高了。

在线程安全的情况下提高了效率。