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1.1 动态扩容核心代码大卸八块
…Java 集合框架大师课集合框架源码解剖室五 警告本章包含大量 裸码级硬核分析建议搭配咖啡因饮料阅读☕️ 第一章 ArrayList 的扩容玄学
1.1 动态扩容核心代码大卸八块
// 祖师爷の扩容魔法 ✨
private Object[] grow(int minCapacity) {int oldCapacity elementData.length;// 1.5倍增长公式暗藏数学之美int newCapacity oldCapacity (oldCapacity 1); return elementData Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}灵魂拷问表
现象数学原理性能影响初始容量102的倍数2小数据集省内存1.5倍增长斐波那契数列逼近 平衡内存与扩容次数Arrays.copyOf内存连续分配 超大数组扩容卡顿风险
1.2 扩容流程可视化 第二章 HashMap 的哈希战争
2.1 扰动函数の黑科技
static final int hash(Object key) {int h;// 让高位参与哈希运算减少碰撞 return (key null) ? 0 : (h key.hashCode()) ^ (h 16);
}哈希碰撞处理方案对比
方案数据结构时间复杂度JDK版本链表法单向链表 O(n)8红黑树平衡二叉树 O(logn)≥8开放寻址线性探测 O(1)~O(n)其他实现
2.2 树化阈值背后的博弈
// 链表转红黑树的临界点
static final int TREEIFY_THRESHOLD 8;// 为什么是8统计学の魔法
/*
* 理想哈希下链表长度出现8的概率0.00000006
* 此时树化的收益超过维护成本
*/第三章 LinkedList 的双向暗恋
3.1 节点结构解剖图
private static class NodeE {E item; // 当前元素 NodeE next; // 下个节点 NodeE prev; // 上个节点
}增删操作性能真相
操作ArrayListLinkedList真相大白 头部插入O(n)O(1)LinkedList胜随机删除O(n)O(1)但需要先遍历找节点尾部追加O(1)O(1)平手
3.2 迭代器陷阱演示
LinkedListInteger list new LinkedList();
list.addAll(Arrays.asList(1,3,5,7,9));// 错误示范用for循环随机访问
for(int i0; ilist.size(); i){list.get(i); // O(n^2) 警告
}// 正确姿势迭代器访问
IteratorInteger it list.iterator();
while(it.hasNext()){it.next(); // O(n) 丝滑访问
}第四章 ConcurrentHashMap 的线程安全秘籍
4.1 锁机制对比表
版本数据结构锁粒度吞吐量提升JDK7Segment 数组16个独立分区 4~6倍JDK8NodeCAS单个链表头 10倍JDK19协程无锁无锁访问 实验阶段
4.2 size() 方法の统计学魔术
// 高并发下的size计算策略
public int size() {long n sumCount();return ((n 0L) ? 0 : (n (long)Integer.MAX_VALUE) ? Integer.MAX_VALUE : (int)n);
}// 分片计数减少竞争
final long sumCount() {CounterCell[] as counterCells; long sum baseCount;if (as ! null) {for (CounterCell a : as)if (a ! null)sum a.value;}return sum;
}4.3 putVal() 方法源码拆解
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {// 哈希扰动加强版 ️int hash spread(key.hashCode());int binCount 0;for (NodeK,V[] tab table;;) {NodeK,V f; int n, i, fh;if (tab null || (n tab.length) 0)tab initTable(); // 延迟初始化else if ((f tabAt(tab, i (n - 1) hash)) null) {if (casTabAt(tab, i, null, new Node(hash, key, value)))break; // CAS 无锁插入成功}else if ((fh f.hash) MOVED)tab helpTransfer(tab, f); // 协助扩容else {// 真正的锁竞争区 synchronized (f) {if (tabAt(tab, i) f) {// 链表/红黑树插入逻辑...}}}}addCount(1L, binCount);return null;
}关键操作流程图 性能调优黄金法则
// ArrayList 最佳实践
ListString list new ArrayList(100_0000); // 预分配容量 // HashMap 防坑指南
MapString,Object map new HashMap(32, 0.75f); // 控制负载因子 ⚖️// LinkedList 使用禁区
if(需要随机访问) {throw new IllegalArgumentException(别用我);
}第五章 LinkedHashMap 的时空穿梭术
5.1 双向链表结构大曝光
// 继承自 HashMap.Node 的超级节点
static class EntryK,V extends HashMap.NodeK,V {EntryK,V before, after; // 时空隧道入口 ️Entry(int hash, K key, V value, NodeK,V next) {super(hash, key, value, next);}
}// 维护访问顺序的核心代码
void afterNodeAccess(NodeK,V e) {EntryK,V last;if (accessOrder (last tail) ! e) {// 把最近访问的节点移动到链表尾部EntryK,V p (EntryK,V)e, b p.before, a p.after;p.after null;if (b null)head a;elseb.after a;if (a ! null)a.before b;elselast b;if (last null)head p;else {p.before last;last.after p;}tail p;modCount;}
}5.2 LRU 缓存实现原理
// 实现简易 LRU 缓存 ️
public class LRUCacheK,V extends LinkedHashMapK,V {private final int maxCapacity;public LRUCache(int maxCapacity) {super(maxCapacity, 0.75f, true);this.maxCapacity maxCapacity;}Overrideprotected boolean removeEldestEntry(Map.EntryK,V eldest) {return size() maxCapacity; // 自动淘汰最旧元素 ️}
}// 使用示例
LRUCacheString, User cache new LRUCache(1000);
cache.put(user_9527, user); // 插入新数据
cache.get(user_1234); // 访问数据会提升新鲜度第六章 PriorityQueue 的堆排序魔法
6.1 最小堆实现原理
// 优先队列的骨架数组结构
transient Object[] queue; // 元素插入时的上浮操作
private void siftUp(int k, E x) {if (comparator ! null)siftUpUsingComparator(k, x);elsesiftUpComparable(k, x);
}private void siftUpComparable(int k, E x) {Comparable? super E key (Comparable? super E) x;while (k 0) {int parent (k - 1) 1; // 找父节点位置Object e queue[parent];if (key.compareTo((E) e) 0)break;queue[k] e; // 父节点下沉k parent;}queue[k] key;
}堆操作复杂度表
操作时间复杂度原理说明插入元素O(logn)上浮操作调整堆结构 取出队首O(logn)下沉操作重建堆结构 ⚓查看队首O(1)直接返回堆顶元素 ️批量建堆O(n)Floyd 算法优化
6.2 堆结构可视化 ️ 手撕源码挑战赛
挑战一ConcurrentHashMap 扩容触发器
// 找出触发扩容的隐藏条件
private final void addCount(long x, int check) {// 当 counterCells 不为空时...if (check 0) {NodeK,V[] tab, nt; int n, sc;while (s (long)(sc sizeCtl) (tab table) ! null (n tab.length) MAXIMUM_CAPACITY) {// 神秘扩容信号 int rs resizeStamp(n);if (sc 0) {if ((sc RESIZE_STAMP_SHIFT) ! rs || sc rs 1 ||sc rs MAX_RESIZERS || (nt nextTable) null ||transferIndex 0)break;if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc 1))transfer(tab, nt);}// 尝试发起扩容的线程会走到这里 else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc,(rs RESIZE_STAMP_SHIFT) 2))transfer(tab, null);s sumCount();}}
}挑战二PriorityQueue 堆排序缺陷
// 危险操作直接修改队列元素
PriorityQueueStudent queue new PriorityQueue();
queue.add(new Student(Alice, 90));
queue.add(new Student(Bob, 80));// 作死修改分数导致堆结构破坏
queue.peek().score 100;
System.out.println(queue.poll()); // 输出结果可能不符合预期// 正确做法删除后重新插入
Student s queue.poll();
s.score 100;
queue.offer(s);♂️ 下期预告《集合框架的暗黑料理——弱引用与幽灵队列》
// 彩蛋代码HashMap 的隐藏迭代器
final class KeyIterator extends HashIterator implements IteratorK, SpliteratorK {public final K next() { return nextNode().key; }
}
// 快速失败fail-fast机制的实现秘密 终极领悟 读源码就像破案每个设计都是权衡的艺术下次面试被问HashMap原理时请优雅地甩出红黑树阈值计算公式 // 彩蛋HashMap 树化阈值计算公式
static final int TREEIFY_THRESHOLD 8;
// 为什么是8因为 log8 3, 在O(logn)和O(n)之间找到平衡点 ⚖️
