Java的数据结构相关的类实现原理
java cas 原理
java cas 原理
CAS（Compare and Swap）是一种原子操作，用于在多线程环境下实现无锁数据结构。
Java中的CAS原理主要包括以下几个方面：
1. CAS操作包含三个参数：内存位置、预期值和新值。
当内存位置的值与预期值相等时，将内存位置的值更新为新值，否则不进行任何操作。
整个过程是原子的，即要么成功更新，要么保持不变。
2. Java中的CAS操作是通过sun.misc.Unsafe类实现的。
Unsafe 类提供了一组底层操作方法，可以对内存进行直接操作，从而实现高性能的数据结构和算法。
3. CAS操作通常需要配合volatile关键字使用，以确保变量的可见性。
当一个变量被声明为volatile时，它会保证所有线程都能看到该变量的最新值。
4. CAS操作虽然可以实现无锁数据结构，但在某些情况下仍然可能出现问题。
例如，当多个线程同时尝试更新同一个变量时，可能导致“ABA”问题。
为了解决这个问题，可以使用版本号或时间戳等机制来确保数据的一致性。
总之，Java中的CAS原理是一种基于原子操作的无锁数据结构
技术，通过Unsafe类提供的底层操作方法实现。
虽然CAS操作可以提高程序的性能，但在使用时需要注意数据一致性和并发控制等问题。
java treemap实现原理
java treemap实现原理Java TreeMap是Java中非常常用的一种数据结构，使用红黑树作为其底层实现。
它提供了一种将键映射到值的方式，键是唯一的，并且按照升序进行排序。
Java TreeMap的实现原理是非常有趣的，它主要涉及到红黑树、迭代器、比较器等知识点。
在本文中，我们将深入了解Java TreeMap的实现原理，并理解如何在代码中使用它。
1. 红黑树红黑树是一种自平衡的二叉搜索树。
它通过保持一些简单规则来保证树的平衡，以确保左右子树的高度之差不超过1，并且保证每个节点的颜色都为红色或黑色。
这些规则允许红黑树保持在O(log n)的时间复杂度下进行插入、搜索和删除操作。
在Java TreeMap中，红黑树被用作底层存储结构。
当添加一个新的键值对时，它会首先检查根节点是否为空。
如果是，则创建一个新的节点并将其设置为根节点。
否则，它会沿着树的路径查找适当的叶子节点，并将其插入为其左侧或右侧的子节点。
为了保持树的平衡，通过旋转和重新着色来调整节点的颜色和位置。
每个节点都有一个颜色标记，标记为红色或黑色，红色表示该节点是一个违反规则的节点，黑色表示该节点是一个符合规则的节点。
2. TreeMap的比较器Java TreeMap还有另一个重要的组件，即比较器。
所有元素的排序都是通过比较器来定义的。
比较器定义了如何将元素按照升序排列，应该提供一个实现了 Comparator 接口的类。
在Java TreeMap的实现中，比较器用来将元素按照顺序排列。
它允许 TreeMap 将元素按照自定义顺序排序而不是按照它们的自然顺序排序。
也就是说，比较器的作用是自定义元素排序的规则并将其存储在TreeMap中。
3. TreeMap的迭代器Java TreeMap还提供了迭代器，用于遍历TreeMap中的元素。
什么是迭代器？迭代器是用于遍历集合或列表中元素的指针。
在Java中，每个集合或列表都可以通过iterator() 方法返回它的迭代器。
hashtable底层原理
hashtable底层原理Hashtable底层原理Hashtable是一种常见的数据结构，它可以快速地进行数据的查找和插入操作。
在Java中，Hashtable是一个非常常用的类，它的底层实现是基于哈希表的。
本文将从哈希表的基本原理、哈希函数的设计、哈希冲突的处理以及Hashtable的实现等方面来介绍Hashtable的底层原理。
一、哈希表的基本原理哈希表是一种基于数组的数据结构，它通过哈希函数将数据映射到数组的某个位置上。
哈希函数的设计是哈希表的关键，它决定了数据在数组中的位置。
哈希表的基本操作包括插入、查找和删除。
插入操作将数据插入到哈希表中，查找操作根据关键字查找数据，删除操作将数据从哈希表中删除。
二、哈希函数的设计哈希函数的设计是哈希表的关键，它决定了数据在数组中的位置。
哈希函数的设计需要满足以下几个条件：1. 映射范围：哈希函数需要将数据映射到数组的某个位置上，因此哈希函数的返回值需要在数组的范围内。
2. 均匀性：哈希函数需要将数据均匀地映射到数组的各个位置上，这样可以避免哈希冲突的发生。
3. 碰撞概率：哈希函数需要尽可能地减少哈希冲突的发生，这样可以提高哈希表的效率。
常见的哈希函数包括直接寻址法、除留余数法、数字分析法、平方取中法、折叠法等。
三、哈希冲突的处理哈希冲突是指不同的数据经过哈希函数映射到数组的同一个位置上。
哈希冲突的发生是不可避免的，因此需要采取一些方法来处理哈希冲突。
常见的哈希冲突处理方法包括开放地址法和链地址法。
开放地址法是指当哈希冲突发生时，继续寻找数组中的下一个空位置，直到找到为止。
链地址法是指将哈希冲突的数据存储在链表中，每个数组位置上存储一个链表头指针，指向链表的第一个节点。
四、Hashtable的实现Hashtable是Java中的一个非常常用的类，它的底层实现是基于哈希表的。
Hashtable的实现采用了链地址法来处理哈希冲突。
当哈希冲突发生时，将数据存储在链表中，每个数组位置上存储一个链表头指针，指向链表的第一个节点。
arraylistremove原理
ArrayList的remove原理1. ArrayList简介ArrayList是Java中常用的集合类之一，它实现了List接口，基于动态数组的数据结构。
ArrayList可以存储任意类型的对象，并且可以动态地增加或删除元素，具有灵活性和高效性。
2. remove方法的功能ArrayList的remove方法用于从列表中删除指定的元素。
它有两种重载形式： - remove(int index): 删除指定索引位置的元素，并返回被删除的元素。
-remove(Object obj): 删除列表中第一个匹配的元素，并返回true；如果列表中不存在该元素，则返回false。
3. remove方法的底层实现原理ArrayList的底层是一个数组，当调用remove方法时，它会首先根据索引或元素值查找要删除的元素。
然后，它会将被删除元素之后的所有元素向前移动一个位置，以填补被删除元素的空缺。
具体来说，ArrayList的remove方法会执行以下步骤： 1. 检查索引是否合法。
如果索引小于0或大于等于列表的大小，则抛出IndexOutOfBoundsException异常。
2. 根据索引或元素值查找要删除的元素。
如果是根据索引删除元素，则直接获取该索引位置的元素；如果是根据元素值删除元素，则使用equals方法逐个比较元素，直到找到匹配的元素。
3. 将被删除元素之后的所有元素向前移动一个位置，以填补被删除元素的空缺。
这是通过使用System.arraycopy方法实现的，该方法是Java提供的高效数组复制方法。
4. 更新列表的大小，将size减1。
5. 返回被删除的元素。
4. remove方法的时间复杂度分析ArrayList的remove方法的时间复杂度取决于删除位置的索引值。
在最坏的情况下，即删除第一个元素或最后一个元素时，需要移动所有元素，时间复杂度为O(n)。
而在平均情况下，时间复杂度为O(n/2)，即O(n)。
java中的原子类实现原理
java中的原子类实现原理Java中的原子类是一种多线程并发编程的工具，可以实现线程安全的操作。
它能够确保在并发环境下，多个线程对共享变量进行操作时的正确性和一致性。
原子类的实现原理主要依赖于底层的硬件支持和CAS（Compare and Swap）操作。
CAS是一种无锁的原子操作，它由三个操作数组成：内存地址V、旧的预期值A和新的值B。
当且仅当V的值等于A时，将V的值设置为B，否则不做任何操作。
CAS操作是原子的，因为它使用底层硬件提供的原子指令来实现。
在Java中，原子类是通过内存模型（Memory Model）和CAS操作来实现的。
内存模型定义了多线程并发执行时，共享变量的可见性和操作的顺序性。
原子类利用了内存模型的特性，保证了多线程环境下的线程安全。
原子类的实现原理可以简单分为两个方面：内存模型和CAS操作。
内存模型定义了共享变量的可见性和操作的顺序性。
在多线程环境下，每个线程都有自己的工作内存，用于保存线程的局部变量和共享变量的副本。
当一个线程对共享变量进行修改时，必须将修改后的值刷新到主内存中，以便其他线程能够看到这个修改。
而当一个线程需要读取共享变量时，必须将主内存中的值加载到自己的工作内存中，以便操作。
CAS操作是一种无锁的原子操作，它使用底层硬件提供的原子指令来实现。
CAS操作包含了三个操作数：内存地址V、旧的预期值A和新的值B。
当且仅当V的值等于A时，将V的值设置为B，否则不做任何操作。
CAS操作是原子的，因为它使用了底层硬件提供的原子指令来保证操作的原子性。
在原子类的实现中，CAS操作是非常关键的。
原子类中的每个方法都是通过CAS操作来实现的。
当一个线程调用原子类的方法时，它首先会读取共享变量的值到自己的工作内存中，然后对这个值进行操作，最后使用CAS操作将修改后的值写回主内存。
如果CAS操作失败，说明其他线程已经修改了共享变量的值，当前线程需要重新读取共享变量的值，并重新进行操作。
java map底层实现原理
java map底层实现原理JavaMap底层实现原理是什么？Map是一种数据结构，用于存储键值对映射关系。
Java中的Map接口定义了一组操作，如put（插入键值对）、get（获取键值对）、remove（移除键值对）等。
在Java中，有多种Map实现类，如HashMap、TreeMap、LinkedHashMap等。
其中，HashMap是应用最广泛的一种Map实现类。
那么，HashMap的底层实现原理是什么呢？HashMap底层使用了一个数组来存储键值对。
数组的每个元素都是一个链表，用于解决哈希冲突（即不同的键映射到相同的索引位置）。
当插入或获取一个键值对时，首先根据键的哈希码计算出该键值对应的数组索引位置，然后在该位置的链表中查找该键的节点。
因为哈希算法不是完美的，所以不同的键可能会映射到相同的数组索引位置，这就产生了哈希冲突。
为了解决哈希冲突，HashMap使用了链表法，即在同一数组索引位置上维护一个链表，每个链表节点存储一个键值对。
当发生哈希冲突时，新的键值对会被插入到该链表的尾部。
当一个键需要被查找时，HashMap首先根据该键的哈希码计算出对应的数组索引位置，然后在该位置的链表中进行线性查找，直到找到该键或者遍历完整个链表。
当HashMap的键值对数量达到一定阈值（默认为0.75倍的数组容量），就会触发扩容操作，即新建一个更大的数组，并将原有数组中的键值对重新哈希到新数组中。
总的来说，HashMap底层使用哈希表实现，通过哈希算法将键映射到数组索引位置，并使用链表法解决哈希冲突。
这种实现方式具有高效的插入、查找、删除操作，是应用最广泛的一种Map实现类。
Java核心数据结构（List、Map、Set）原理与使用技巧
Java核⼼数据结构（List、Map、Set）原理与使⽤技巧JDK提供了⼀组主要的数据结构实现，如List、Set等常⽤数据结构。
这些数据都继承⾃java.util.Collection接⼝，并位于java.util包内。
⼀、List接⼝最重要的三种List接⼝实现：ArrayList、Vector、LinkedList。
它们的类图如下：可以看到，3种List均来⾃AbstratList的实现。
⽽AbstratList直接实现了List接⼝，并扩展⾃AbstratCollection。
ArrayList和Vector使⽤了数组实现，可以认为，ArrayList封装了对内部数组的操作。
⽐如向数组中添加、删除、插⼊新的元素或数组的扩展和重定义。
对ArrayList或者Vector的操作，等价于对内部对象数组的操作。
ArrayList和Vector⼏乎使⽤了相同的算法，它们的唯⼀区别可以认为是对多线程的⽀持。
ArrayList没有对⼀个⽅法做线程同步，因此不是线程安全的。
Vector中绝⼤多数⽅法都做了线程同步，是⼀种线程安全的实现。
因此ArrayList和Vector的性能特性相差⽆⼏。
LinkedList使⽤了循环双向链表数据结构。
LinkedList由⼀系列表项连接⽽成。
⼀个表项总是包含3个部分：元素内容、前驱表项和后驱表项。
如图所⽰：LinkedList的表项源码：private static class Node<E> {E item;Node<E> next;Node<E> prev;Node(Node<E> prev, E element, Node<E> next) {this.item = element;this.next = next;this.prev = prev;}}⽆论LinkedList是否为空，链表都有⼀个header表项，它既是链表的开始，也表⽰链表的结尾。
java list.sort原理
java list.sort原理
Java中的List接口没有提供排序方法，但是ArrayList和LinkedList这两个实现类都实现了排序相关的接口。
ArrayList是基于数组实现的，使用Arrays.sort()方法来进行排序。
其原理是采用快速排序（Quick Sort）算法，具体来说，
就是选择一个基准元素，将数组划分成两个子数组，然后对这两个子数组递归地进行排序，直到整个数组有序。
LinkedList是基于链表实现的，使用Collections.sort()方法来进
行排序。
其原理是先将链表转化为数组，然后使用
Arrays.sort()方法进行排序，最后再将排序好的数组转化为链表。
由于LinkedList的底层数据结构是链表，不支持随机访问，因此转化为数组的过程会耗费额外的时间和空间。
需要注意的是，以上的排序原理只适用于基本数据类型或实现了Comparable接口的自定义类型。
如果需要对不具有自然顺
序的类型进行排序，可以使用Comparator接口来自定义排序
规则。
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Java的数据结构相关的类实现原理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。
LinkedListList 接口的链接列表实现。
实现所有可选的列表操作，并且允许所有元素（包括 null）。
除了实现 List 接口外，LinkedList 类还为在列表的开头及结尾 get、remove 和 insert 元素提供了统一的命名方法。
这些操作允许将链接列表用作堆栈、队列或双端队列。
此类实现 Deque 接口，为 add、poll 提供先进先出队列操作，以及其他堆栈和双端队列操作。
所有操作都是按照双重链接列表的需要执行的。
在列表中编索引的操作将从开头或结尾遍历列表（从靠近指定索引的一端）。
注意，此实现不是同步的。
如果多个线程同时访问一个链接列表，而其中至少一个线程从结构上修改了该列表，则它必须保持外部同步。
（结构修改指添加或删除一个或多个元素的任何操作；仅设置元素的值不是结构修改。
）这一般通过对自然封装该列表的对象进行同步操作来完成。
如果不存在这样的对象，则应该使用 Collections.synchronizedList 方法来“包装”该列表。
最好在创建时完成这一操作，以防止对列表进行意外的不同步访问，如下所示：List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));此类的 iterator 和 listIterator 方法返回的迭代器是快速失败的：在迭代器创建之后，如果从结构上对列表进行修改，除非通过迭代器自身的remove 或 add 方法，其他任何时间任何方式的修改，迭代器都将抛出 ConcurrentModificationException。
因此，面对并发的修改，迭代器很快就会完全失败，而不冒将来不确定的时间任意发生不确定行为的风险。
注意，迭代器的快速失败行为不能得到保证，一般来说，存在不同步的并发修改时，不可能作出任何硬性保证。
快速失败迭代器尽最大努力抛出ConcurrentModificationException。
因此，编写依赖于此异常的程序的方式是错误的，正确做法是：迭代器的快速失败行为应该仅用于检测程序错误。
ArrayListArrayList是List接口的可变数组的实现。
实现了所有可选列表操作，并允许包括null 在内的所有元素。
除了实现List 接口外，此类还提供一些方法来操作内部用来存储列表的数组的大小。
每个ArrayList实例都有一个容量，该容量是指用来存储列表元素的数组的大小。
它总是至少等于列表的大小。
随着向ArrayList中不断添加元素，其容量也自动增长。
自动增长会带来数据向新数组的重新拷贝，因此，如果可预知数据量的多少，可在构造ArrayList时指定其容量。
在添加大量元素前，应用程序也可以使用ensureCapacity操作来增加ArrayList实例的容量，这可以减少递增式再分配的数量。
注意，此实现不是同步的。
如果多个线程同时访问一个ArrayList实例，而其中至少一个线程从结构上修改了列表，那么它必须保持外部同步。
HashMapHashMap是基于哈希表的Map接口的非同步实现。
此实现提供所有可选的映射操作，并允许使用null值和null 键。
此类不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。
HashMap也不例外。
HashMap实际上是一个“链表的数组”的数据结构，每个元素存放链表头结点的数组，即数组和链表的结合体。
HashMap底层就是一个数组结构，数组中的每一项又是一个链表。
当新建一个HashMap的时候，就会初始化一个数组。
当我们往HashMap中put元素的时候，先根据key的hashCode重新计算hash值，根据hash值得到这个元素在数组中的位置（即下标），如果数组该位置上已经存放有其他元素了，那么在这个位置上的元素将以链表的形式存放，新加入的放在链头，最先加入的放在链尾。
如果数组该位置上没有元素，就直接将该元素放到此数组中的该位置上。
当系统决定存储HashMap中的key-value对时，完全没有考虑Entry中的value，仅仅只是根据key来计算并决定每个Entry的存储位置。
我们完全可以把 Map 集合中的 value 当成 key 的附属，当系统决定了 key 的存储位置之后，value 随之保存在那里即可。
在HashMap中要找到某个元素，需要根据key的hash值来求得对应数组中的位置。
如何计算这个位置就是hash算法。
前面说过HashMap的数据结构是数组和链表的结合，所以我们当然希望这个HashMap里面的元素位置尽量的分布均匀些，尽量使得每个位置上的元素数量只有一个，那么当我们用hash算法求得这个位置的时候，马上就可以知道对应位置的元素就是我们要的，而不用再去遍历链表，这样就大大优化了查询的效率。
归纳起来简单地说，HashMap 在底层将 key-value 当成一个整体进行处理，这个整体就是一个 Entry 对象。
HashMap 底层采用一个 Entry[] 数组来保存所有的 key-value 对，当需要存储一个 Entry 对象时，会根据hash算法来决定其在数组中的存储位置，在根据equals方法决定其在该数组位置上的链表中的存储位置；当需要取出一个Entry时，也会根据hash算法找到其在数组中的存储位置，再根据equals方法从该位置上的链表中取出该Entry。
HashSetHashSet实现Set接口，由哈希表（实际上是一个HashMap实例）支持。
它不保证set的迭代顺序；特别是它不保证该顺序恒久不变。
此类允许使用null元素。
HashSet实现Set接口，由哈希表（实际上是一个HashMap实例）支持。
它不保证set 的迭代顺序；特别是它不保证该顺序恒久不变。
此类允许使用null元素。
HashSet中不允许有重复元素，这是因为HashSet是基于HashMap实现的，HashSet中的元素都存放在HashMap的key上面，而value中的值都是统一的一个private static final Object PRESENT = new Object();。
HashSet跟HashMap一样，都是一个存放链表的数组。
HashSet中add方法调用的是底层HashMap中的put()方法，而如果是在HashMap中调用put，首先会判断key 是否存在，如果key存在则修改value值，如果key不存在这插入这个key-value。
而在set中，因为value值没有用，也就不存在修改value值的说法，因此往HashSet中添加元素，首先判断元素（也就是key）是否存在，如果不存在这插入，如果存在着不插入，这样HashSet中就不存在重复值。
HashMap是不是有序的HashSet和Hashmap分别是Set接口和Map接口的实现类，运用哈希算法来存取元素，也就是它们中的对象不按特定方式排序；有没有有顺序的Map实现类TreeMap和LinkedHashMapLinkedHashMapTreeMap????????????????你觉得它们两个哪个的有序实现比较好？LinkedHashMap保存了记录的插入顺序，在用Iterator遍历LinkedHashMap时，先得到的记录肯定是先插入的.也可以在构造时用带参数，按照应用次数排序。
在遍历的时候会比HashMap慢，不过有种情况例外，当HashMap容量很大，实际数据较少时，遍历起来可能会比LinkedHashMap慢，因为LinkedHashMap的遍历速度只和实际数据有关，和容量无关，而HashMap的遍历速度和他的容量有关。
TreeMap实现SortMap接口，能够把它保存的记录根据键排序,默认是按键值的升序排序，也可以指定排序的比较器，当用Iterator 遍历TreeMap时，得到的记录是排过序的。
TreeMap取出来的是排序后的键值对。
但如果您要按自然顺序或自定义顺序遍历键，那么TreeMap会更好。
LinkedHashMap是HashMap的一个子类，如果需要输出的顺序和输入的相同,那么用LinkedHashMap可以实现,它还可以按读取顺序来排列，像连接池中可以应用。
你觉得还有没有比它更好或者更高效的实现方式？????Java的虚拟机的内容。
这部分主要包括三部分，GC、类加载机制，以及内存。
GC部分什么时候一个对象会被GC？1. 什么样的对象是垃圾？一般来说，所有指向对象的引用都已失效，不可能再有程序能调用到这个对象，那么这个对象就成了垃圾，应该被回收。
1.1 根据这个思路，很容易就能想到用《引用计数》的办法来确定一个对象是否是垃圾。
即每当多一个引用指向对象时，引用计数加一，每当少一个引用指向对象时，引用计数减一，引用计数减到零，对象就可以被回收了。
1.2 然而引用计数有一个致命问题不好解决，就是循环引用的问题。
比如说一个循环链表，他们循环引用者，引用计数永远不会为零，但是实际上程序已经不能访问他们了，他们应该被回收。
1.3 所以Java实际上是使用基于GC Roots的可达性分析，什么是GC Roots？所有类的静态变量，每个线程调用栈上的本地变量。
（实际上我们编程时也是要从这些地方开始访问数据），所有这些对象，以及被这些对象所指向的对象，都是活的对象。
活的对象所指向的对象也是活的对象。
1.4 所以只要在GC的时刻，让程序暂停运行，然后从GC Roots开始分析，最后没有被标记为活对象的对象就是垃圾了。
什么时候触发GC1.当应用程序空闲时,即没有应用线程在运行时,GC会被调用。
因为GC在优先级最低的线程中进行,所以当应用忙时,GC 线程就不会被调用,但以下条件除外。
2.Java堆内存不足时,GC会被调用。
当应用线程在运行,并在运行过程中创建新对象,若这时内存空间不足,JVM就会强制地调用GC线程,以便回收内存用于新的分配。