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JAVA技术学习笔记

千里之行，始于足下

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整洁面向对象分层架构
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开源中国
并发编程概述

本文从三方面展开：

  1. 并发有什么好处
  2. 并发带来的问题
  3. 这些问题如何解决

文末附 synchronized、volatile 关键字解析，其他并发包下内容，请参考后续文章。

1. 并发有什么好处

并发可以充分利用CPU资源，降低系统响应时间，提升系统吞吐量。

并发处理的广泛应用是使得 Amdahl 定律代替摩尔定律成为计算机性能发展源动力的根本原因，也是人类“压榨”计算机运算能力的最有力武器。 —— 引自《深入理解Java虚拟机》

Amos Wang2025年3月22日大约 17 分钟JDK并发编程
TreeMap源码解析

概述

TreeMap 是 Java 中基于 红黑树（Red-Black Tree） 实现的有序映射，支持自定义的排序规则。

不得不提，TreeMap 的代码读起来，既精简又优雅，很适合学习红黑树。

一、数据结构与节点定义

1. 节点类（Entry）

static final class Entry`<K,V>` implements Map.Entry`<K,V>` {
    K key;                 // 键
    V value;               // 值
    Entry`<K,V>` left;       // 左子节点
    Entry`<K,V>` right;      // 右子节点
    Entry`<K,V>` parent;     // 父节点
    boolean color = BLACK; // 颜色标记（默认黑色）

    Entry(K key, V value, Entry`<K,V>` parent) {
        this.key = key;
        this.value = value;
        this.parent = parent;
    }
}
Amos Wang2025年3月16日大约 5 分钟JDK基础源码
Set相关源码解析

概述

常用的 Set 实现类包括 HashSet、LinkedHashSet 和 TreeSet，它们基于不同的底层数据结构实现。

一、HashSet

实现原理

  • 底层数据结构：基于 HashMap 实现，元素作为 HashMap 的键存储，值统一为 PRESENT（一个静态占位对象）。
  • 无序性：元素的存储和遍历顺序不固定。
  • 允许 null：允许存储一个 null 元素。
Amos Wang2025年3月16日大约 3 分钟JDK基础源码
LinkedHashMap源码解析

概述

LinkedHashMap 是 Java 中基于哈希表和双向链表实现的有序 Map，它继承自 HashMap，支持按插入顺序或访问顺序（如 LRU 缓存）遍历元素。

一、核心数据结构

1. 节点结构（Entry）

LinkedHashMap 的节点继承自 HashMap.Node，并扩展了双向链表的前驱（before）和后继（after）指针：

static class Entry`<K,V>` extends HashMap.Node`<K,V>` {
    Entry`<K,V>` before, after; // 双向链表指针
    Entry(int hash, K key, V value, Node`<K,V>` next) {
        super(hash, key, value, next);
    }
}
Amos Wang2025年3月15日大约 4 分钟JDK基础源码
LinkedList源码解析

概述

LinkedList 是 Java 集合框架中基于 双向链表 实现的列表，支持高效的头部和尾部操作，同时实现了 List 和 Deque 接口，可作为动态列表、队列或双端队列使用。

一、数据结构

1. 节点结构（Node）

每个节点包含数据（item）、前驱指针（prev）和后继指针（next）：

Amos Wang2025年3月12日大约 5 分钟JDK基础源码
Stack与Deque的区别？

Stack与Deque的区别，以及为什么推荐使用Deque？

概述

在 Java 中，Stack 和 Deque 的设计差异反映了不同时期集合框架的理念。Stack 作为早期设计存在一些明显缺陷，而 Deque 接口的引入（Java 6）解决了这些问题并提供了更现代的替代方案。以下是它们的主要设计问题对比：

1. 继承关系与设计耦合

  • Stack 的问题：
    Stack 直接继承自 Vector（一个线程安全的动态数组实现），导致其设计高度耦合于 Vector 的实现细节。

    • 违反「组合优于继承」原则：Stack 通过继承获得 Vector 的同步逻辑，但栈的逻辑（后进先出，LIFO）与动态数组的随机访问特性并不完全匹配。
    • 扩展性差：由于 Java 单继承的限制，Stack 无法灵活扩展其他类。

  • Deque 的优势：
    Deque 是一个接口（如 ArrayDeque、LinkedList 是其实现），允许开发者根据需要选择底层数据结构，避免与具体实现耦合。

    • 例如：ArrayDeque 基于数组实现（高效随机访问），LinkedList 基于链表（高效插入删除）。
Amos Wang2025年3月10日大约 4 分钟JDK基础源码
ConcurrentHashMap源码解析

概述

ConcurrentHashMap 是 Java 并发编程中最重要的数据结构之一，其通过 CAS + synchronized 锁细化 和 多线程协同扩容 实现了高效的线程安全。

  1. JDK 1.7 的分段锁（Segment）

    数据结构：

    • 将整个哈希表分成多个 Segment（默认 16 个），每个 Segment 是一个独立的哈希表，继承自 ReentrantLock。
    • 每个 Segment 内部结构与 HashMap 类似（数组 + 链表）。

    并发控制：

    • 锁分离：不同 Segment 的写操作互不干扰，锁粒度更细。
    • 读操作无锁：使用 volatile 保证可见性，读操作无需加锁。

  2. JDK 1.8 的 CAS + synchronized

    数据结构：

    • 与 HashMap 类似，使用 数组 + 链表/红黑树。
    • Node 节点：链表节点使用 volatile 修饰 next 指针，保证可见性。

    并发控制：

    • CAS 操作：插入、删除时使用 CAS 保证原子性。
    • synchronized 锁单个桶：仅在哈希冲突时对链表头或树根加锁，锁粒度更细。
Amos Wang2025年3月10日大约 7 分钟JDK基础源码
HashMap源码解析

概述

HashMap 是基于数组 + 链表/红黑树实现的，支持自动扩容。

优点：高效的查找/插入(平均O(1)，最差O(n))、动态扩容、支持null键和null值

缺点：哈希冲突可能影响性能、线程不安全、内存占用较高

适合的场景：适合单线程高频查询场景

是否线程安全：HashMap是线程不安全的，如果需要线程安全，推荐使用 ConcurrentHashMap。用 Collections synchronizedMap() 也可以实现线程安全。

源码解析

1. 核心数据结构

Amos Wang2025年3月7日大约 9 分钟JDK基础源码