面试必备：揭开Java集合神秘面纱，HashMap、ArrayList等底层揭秘

通过本次深入解析，我们了解到了HashMap、LinkedHashMap、ConcurrentHashMap、ArrayList、LinkedList的底层实现原理。

大家好，我是你们的小米小编，在这里我将为大家带来一场关于Java集合的底层实现的深度解析。作为面试题，对于HashMap、LinkedHashMap、ConcurrentHashMap、ArrayList、LinkedList这五个常用的数据结构，我们一起来揭开它们神秘的面纱，一起探索它们是如何在底层实现的吧！

HashMap

HashMap是Java中最常用的一种哈希表实现。它基于键（Key）-值（Value）对的存储方式，通过哈希算法来保证元素的快速查找。

底层数据结构：数组+链表+红黑树（JDK 8及以上版本）

• 数组：HashMap的核心数据结构是一个Entry数组，每个Entry对象包含一个键值对，以及用于解决哈希冲突的链表或红黑树的指针。数组的初始大小是16（JDK 8及以上版本），每次扩容都是当前大小的2倍。
• 链表：当发生哈希冲突时，即不同的键计算出相同的哈希值，新的Entry会被插入到数组对应位置的链表中。
• 红黑树：JDK 8及以上版本，在哈希冲突的链表长度超过一定阈值（默认为8），链表会转化为红黑树，以提高搜索效率。

LinkedHashMap

LinkedHashMap继承自HashMap，除了具有HashMap的特性外，还能保持元素的插入顺序。

底层数据结构：HashMap + 双向链表

• HashMap：LinkedHashMap内部依然使用HashMap来存储键值对，维护着快速的查找能力。
• 双向链表：在HashMap的基础上，LinkedHashMap引入了一个双向链表来维护元素的插入顺序。每次插入新元素时，除了在HashMap中添加Entry，还会在双向链表的尾部插入新的节点。

LinkedHashMap保持了键值对的添加顺序，所以在遍历时，输出的顺序与添加顺序相同。

ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap是为了在多线程环境下提供高效的并发性能而设计的集合类。

底层数据结构：数组+链表+红黑树（JDK 8及以上版本）

• 数组：与HashMap类似，ConcurrentHashMap的底层也是一个Entry数组，每个Entry存储一个键值对。
• 链表与红黑树：处理哈希冲突的方式与HashMap相同，通过链表或红黑树来解决冲突，提高查询效率。
• 分段锁：ConcurrentHashMap引入了“分段锁”机制，将整个数据结构划分成多个小的Segment，每个Segment独立地控制一部分数据。这样，在多线程环境下，不同线程可以同时访问不同的Segment，从而提高了并发性能。

ArrayList

ArrayList是基于动态数组实现的，它提供了快速的随机访问能力。

底层数据结构：数组

• 数组：ArrayList的底层是一个Object类型的数组，默认初始容量为10。每次扩容时，当前容量会增加50%。
• 动态扩容：当元素数量超过当前数组容量时，ArrayList会触发扩容操作，创建一个更大的数组，并将原有数据复制到新数组中。

LinkedList

LinkedList是基于双向链表实现的，它提供了快速的插入和删除能力。

底层数据结构：双向链表

• 双向链表：LinkedList的底层是一个双向链表，每个节点包含元素值、前向指针和后向指针。
• 插入和删除：由于双向链表的特性，插入和删除操作非常高效，只需要调整节点的指针即可。

总结

通过本次深入解析，我们了解到了HashMap、LinkedHashMap、ConcurrentHashMap、ArrayList、LinkedList的底层实现原理。

• HashMap和LinkedHashMap都使用数组+链表（或红黑树）的数据结构，其中LinkedHashMap又额外引入了双向链表来保持插入顺序。
• ConcurrentHashMap在保留HashMap特性的基础上，通过分段锁的机制提高了并发性能。
• ArrayList是基于动态数组实现，提供了快速的随机访问能力。
• LinkedList是基于双向链表实现，提供了快速的插入和删除能力。