Коллекции, generics, исключения и IO

› Иерархия коллекций

› Внутреннее устройство коллекций

List: ArrayList vs LinkedList

• ArrayList: Динамический массив.
  • Доступ по индексу: O(1). Вставка в конец: O(1). Вставка в середину: O(N).
  • При нехватке места массив увеличивается в 1.5 раза (oldCapacity + (oldCapacity >> 1)).
  • Преимущество: Идеально работает с кэшем процессора (данные лежат непрерывно).
• LinkedList: Двусвязный список.
  • Доступ по индексу: O(N). Вставка: O(1) (только если уже есть ссылка на ноду, иначе поиск займет O(N)).
  • Недостаток: Большой оверхед по памяти (ссылки prev/next), плохо дружит с кэшем CPU.

Map: HashMap (Под капотом)

Массив бакетов (корзин), по умолчанию размер 16.

1. Добавление put(K, V):
   • Вычисляется хэш: hash = key.hashCode() ^ (key.hashCode() >>> 16) (защита от плохих хэш-функций).
   • Индекс бакета: index = (n - 1) & hash (быстрый аналог остатка от деления).
   • Если коллизия (бакет занят) — ключи сравниваются через equals(). Если равны — перезапись, если нет — добавление в связный список.
2. Treeification (Java 8): Если в бакете >= 8 элементов (и общий размер Map >= 64), список превращается в Красно-черное дерево (поиск ускоряется с O(N) до O(log N)).
3. Resizing: При заполнении на 75% (Load Factor = 0.75) массив увеличивается в 2 раза, все элементы перехэшируются O(N).

Set: HashSet

Под капотом использует HashMap. Элементы сета кладутся как ключи, а в качестве значений используется константа-заглушка private static final Object PRESENT = new Object();.

› Generics (Дженерики)

Обеспечивают типобезопасность на этапе компиляции.

• Raw Types (Сырые типы): Использование дженерик-класса без указания типа (например, просто List вместо List<String>).
  • Оставлены только для обратной совместимости со старым кодом (до Java 5).
  • Опасность: Компилятор не проверяет типы, можно положить Integer в список для String, что приведет к ClassCastException в рантайме. Использовать в новом коде запрещено.
• Type Erasure (Стирание типов): В рантайме JVM не знает о дженериках. List<String> превращается в сырой List, а типы заменяются на Object (или на верхнюю границу extends). Далее в рантайме происходит кастование к необходимому типу.
• PECS (Producer Extends, Consumer Super): Правило для Wildcards (?).
  • ? extends T (Producer): Из коллекции можно читать (получим T), но нельзя писать (кроме null).
  • ? super T (Consumer): В коллекцию можно писать (T и наследников), но при чтении получим только Object.

› Exceptions (Исключения)

• Иерархия: Throwable -> Error (критичные, не ловим) и Exception (ошибки приложения).
• Checked vs Unchecked:
  • Unchecked: Наследники RuntimeException. Компилятор не требует их обрабатывать (например, NullPointerException).
  • Checked: Наследники Exception. Обязательно оборачивать в try-catch или пробрасывать через throws. (В современных фреймворках считаются антипаттерном).
• try-with-resources: Автоматически закрывает ресурсы (имплементирующие AutoCloseable). Если исключение падает и в try, и при закрытии, второе добавляется к первому как Suppressed (подавленное).

› IO / NIO

• java.io (IO): Потоки (Streams). Блокирующий ввод-вывод. Поток зависает, ожидая данных. Использует паттерн Decorator (BufferedReader(FileReader)).
• java.nio (New IO): Буферы и Каналы. Неблокирующий ввод-вывод. Один поток может управлять тысячами соединений через Selector (мультиплексирование). Идеально для чатов и веб-сокетов.