大家好，我是你們的小米小編，在這里我將為大家帶來一場關于Java集合的底層實現的深度解析。作為面試題，對于HashMap、LinkedHashMap、ConcurrentHashMap、ArrayList、LinkedList這五個常用的數據結構，我們一起來揭開它們神秘的面紗，一起探索它們是如何在底層實現的吧！

HashMap

HashMap是Java中最常用的一種哈希表實現。它基于鍵（Key）-值（Value）對的存儲方式，通過哈希算法來保證元素的快速查找。

底層數據結構：數組+鏈表+紅黑樹（JDK 8及以上版本）

• 數組： HashMap的核心數據結構是一個Entry數組，每個Entry對象包含一個鍵值對，以及用于解決哈希沖突的鏈表或紅黑樹的指針。數組的初始大小是16（JDK 8及以上版本），每次擴容都是當前大小的2倍。
• 鏈表： 當發生哈希沖突時，即不同的鍵計算出相同的哈希值，新的Entry會被插入到數組對應位置的鏈表中。
• 紅黑樹： JDK 8及以上版本，在哈希沖突的鏈表長度超過一定閾值（默認為8），鏈表會轉化為紅黑樹，以提高搜索效率。

LinkedHashMap

LinkedHashMap繼承自HashMap，除了具有HashMap的特性外，還能保持元素的插入順序。

底層數據結構：HashMap + 雙向鏈表

• HashMap： LinkedHashMap內部依然使用HashMap來存儲鍵值對，維護著快速的查找能力。
• 雙向鏈表： 在HashMap的基礎上，LinkedHashMap引入了一個雙向鏈表來維護元素的插入順序。每次插入新元素時，除了在HashMap中添加Entry，還會在雙向鏈表的尾部插入新的節點。

LinkedHashMap保持了鍵值對的添加順序，所以在遍歷時，輸出的順序與添加順序相同。

ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap是為了在多線程環境下提供高效的并發性能而設計的集合類。

底層數據結構：數組+鏈表+紅黑樹（JDK 8及以上版本）

• 數組： 與HashMap類似，ConcurrentHashMap的底層也是一個Entry數組，每個Entry存儲一個鍵值對。
• 鏈表與紅黑樹： 處理哈希沖突的方式與HashMap相同，通過鏈表或紅黑樹來解決沖突，提高查詢效率。
• 分段鎖： ConcurrentHashMap引入了“分段鎖”機制，將整個數據結構劃分成多個小的Segment，每個Segment獨立地控制一部分數據。這樣，在多線程環境下，不同線程可以同時訪問不同的Segment，從而提高了并發性能。

ArrayList

ArrayList是基于動態數組實現的，它提供了快速的隨機訪問能力。

底層數據結構：數組

• 數組： ArrayList的底層是一個Object類型的數組，默認初始容量為10。每次擴容時，當前容量會增加50%。
• 動態擴容： 當元素數量超過當前數組容量時，ArrayList會觸發擴容操作，創建一個更大的數組，并將原有數據復制到新數組中。

LinkedList

LinkedList是基于雙向鏈表實現的，它提供了快速的插入和刪除能力。

底層數據結構：雙向鏈表

• 雙向鏈表： LinkedList的底層是一個雙向鏈表，每個節點包含元素值、前向指針和后向指針。
• 插入和刪除： 由于雙向鏈表的特性，插入和刪除操作非常高效，只需要調整節點的指針即可。

總結

通過本次深入解析，我們了解到了HashMap、LinkedHashMap、ConcurrentHashMap、ArrayList、LinkedList的底層實現原理。

• HashMap和LinkedHashMap都使用數組+鏈表（或紅黑樹）的數據結構，其中LinkedHashMap又額外引入了雙向鏈表來保持插入順序。
• ConcurrentHashMap在保留HashMap特性的基礎上，通過分段鎖的機制提高了并發性能。
• ArrayList是基于動態數組實現，提供了快速的隨機訪問能力。
• LinkedList是基于雙向鏈表實現，提供了快速的插入和刪除能力。