Java中的容器:List Vector Set Map

Java的容器

Collection
    |--List
    |    |--LinkedList
    |    |--ArrayList
    |    --Vector
    |            |--Stack
    |--Set

Map
    |--Hashtable
    |--HashMap
    |--WeakHashMap

Collection接口

Collection是最基本的集合接口,一個Collection代表一組Object,即Collection的元素(Elements)。一些 Collection允許相同的元素而另一些不行开瞭。一些能排序而另一些不行。Java SDK不提供直接繼承自Collection的類点把,Java SDK提供的類都是繼承自Collection的“子接口”如List和Set。

所有實現Collection接口的類都必須提供兩個標準的構造函數:無參數的構造函數用于創(chuàng)建一個空的Collection屿附,有一個 Collection參數的構造函數用于創(chuàng)建一個新的Collection,這個新的Collection與傳入的Collection有相同的元素躲因。后一個構造函數允許用戶復制一個Collection早敬。

如何遍歷Collection中的每一個元素忌傻?不論Collection的實際類型如何,它都支持一個iterator()的方法搞监,該方法返回一個迭代子水孩,使用該迭代子即可逐一訪問Collection中每一個元素。典型的用法如下:

  Iterator it = collection.iterator(); // 獲得一個迭代器
  while(it.hasNext()) {
  Object obj = it.next(); // 得到下一個元素
  }

由Collection接口派生的兩個接口是List和Set琐驴。

List接口

List是有序的Collection俘种,使用此接口能夠精確的控制每個元素插入的位置。用戶能夠使用索引(元素在List中的位置棍矛,類似于數組下標)來訪問List中的元素安疗,這類似于Java的數組。
和下面要提到的Set不同够委,List允許有相同的元素荐类。

除了具有Collection接口必備的iterator()方法外,List還提供一個listIterator()方法茁帽,返回一個 ListIterator接口玉罐,和標準的Iterator接口相比,ListIterator多了一些add()之類的方法潘拨,允許添加吊输,刪除,設定元素铁追, 還能向前或向后遍歷季蚂。
實現List接口的常用類有LinkedList,ArrayList琅束,Vector和Stack扭屁。

LinkedList類

LinkedList實現了List接口,允許null元素涩禀。此外LinkedList提供額外的get料滥,remove,insert方法在 LinkedList的首部或尾部艾船。這些操作使LinkedList可被用作堆棧(stack)葵腹,隊列(queue)或雙向隊列。

注意LinkedList沒有同步方法屿岂。如果多個線程同時訪問一個LinkedList践宴,則必須自己實現訪問同步。一種解決方法是在創(chuàng)建List時構造一個同步的List:
List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));

ArrayList類

ArrayList實現了可變大小的數組爷怀。它允許所有元素阻肩,包括null。ArrayList沒有同步霉撵。size磺浙,isEmpty,get徒坡,set方法運行時間為常數撕氧。但是add方法開銷為分攤的常數,添加n個元素需要O(n)的時間喇完。其他的方法運行時間為線性伦泥。

每個ArrayList實例都有一個容量(Capacity),即用于存儲元素的數組的大小锦溪。這個容量可隨著不斷添加新元素而自動增加不脯,但是增長算法并沒有定義。當需要插入大量元素時刻诊,在插入前可以調用ensureCapacity方法來增加ArrayList的容量以提高插入效率防楷。

和LinkedList一樣,ArrayList也是非同步的(unsynchronized)则涯。

Vector類

Vector非常類似ArrayList复局,但是Vector是同步的。由Vector創(chuàng)建的Iterator粟判,雖然和ArrayList創(chuàng)建的 Iterator是同一接口亿昏,但是,因為Vector是同步的档礁,當一個Iterator被創(chuàng)建而且正在被使用角钩,另一個線程改變了Vector的狀態(tài)(例 如,添加或刪除了一些元素)呻澜,這時調用Iterator的方法時將拋出ConcurrentModificationException递礼,因此必須捕獲該異常。

Stack 類

Stack繼承自Vector易迹,實現一個后進先出的堆棧宰衙。Stack提供5個額外的方法使得Vector得以被當作堆棧使用《糜基本的push和pop方法供炼,還有peek方法得到棧頂的元素,empty方法測試堆棧是否為空窘疮,search方法檢測一個元素在堆棧中的位置袋哼。Stack剛創(chuàng)建后是空棧。

Set接口

Set是一種不包含重復的元素的Collection闸衫,即任意的兩個元素e1和e2都有e1.equals(e2)=false涛贯,Set最多有一個null元素。
很明顯蔚出,Set的構造函數有一個約束條件弟翘,傳入的Collection參數不能包含重復的元素虫腋。
請注意:必須小心操作可變對象(Mutable Object)。如果一個Set中的可變元素改變了自身狀態(tài)導致Object.equals(Object)=true將導致一些問題稀余。

Map接口

Map沒有繼承Collection接口悦冀,Map提供key到value的映射。一個Map中不能包含相同的key睛琳,每個key只能映射一個value盒蟆。Map接口提供3種集合的視圖,Map的內容可以被當作一組key集合师骗,一組value集合历等,或者一組key-value映射。

Hashtable類

Hashtable繼承Map接口辟癌,實現一個key-value映射的哈希表寒屯。任何非空(non-null)的對象都可作為key或者value。添加數據使用put(key, value)黍少,取出數據使用get(key)浩螺,這兩個基本操作的時間開銷為常數。

Hashtable通過initial capacity和load factor兩個參數調整性能仍侥。通常缺省的load factor 0.75較好地實現了時間和空間的均衡要出。增大load factor可以節(jié)省空間但相應的查找時間將增大,這會影響像get和put這樣的操作农渊。

使用Hashtable的簡單示例如下患蹂,

將1,2砸紊,3放到Hashtable中传于,他們的key分別是”one”,”two”醉顽,”three”:
  Hashtable numbers = new Hashtable();
  numbers.put(“one”, new Integer(1));
  numbers.put(“two”, new Integer(2));
  numbers.put(“three”, new Integer(3));
要取出一個數沼溜,比如2,用相應的key:
  Integer n = (Integer)numbers.get(“two”);
  System.out.println(“two = ” + n);

由于作為key的對象將通過計算其散列函數來確定與之對應的value的位置游添,因此任何作為key的對象都必須實現hashCodeequals方法系草。hashCode和equals方法繼承自根類Object,如果你用自定義的類當作key的話唆涝,要相當小心找都,按照散列函數的定義,如果兩個對象相同廊酣,即obj1.equals(obj2)=true能耻,則它們的hashCode必須相同,但如果兩個對象不同,它們的hashCode卻不一定不同晓猛,如果兩個不同對象的hashCode相同饿幅,這種現象稱為沖突,沖突會導致操作哈希表的時間開銷增大戒职,所以盡量定義好的hashCode()方法诫睬,能加快哈希表的操作。

如果相同的對象有不同的hashCode帕涌,對哈希表的操作會出現意想不到的結果(期待的get方法返回null),要避免這種問題续徽,只需要牢記一條:要同時復寫equals方法和hashCode方法蚓曼,而不要只寫其中一個。
Hashtable是同步的钦扭。

HashMap類

HashMap和Hashtable類似纫版,不同之處在于HashMap是非同步的,并且允許null客情,即null value和null key其弊。但是將HashMap視為Collection時(values()方法可返回Collection),其迭代子操作時間開銷和HashMap的容量成比例膀斋。因此梭伐,如果迭代操作的性能相當重要的話,不要將HashMap的初始化容量設得過高仰担,或者load factor過低糊识。

WeakHashMap類

WeakHashMap是一種改進的HashMap,它對key實行“弱引用”摔蓝,如果一個key不再被外部所引用赂苗,那么該key可以被GC回收。

總結

如果涉及到堆棧贮尉,隊列等操作拌滋,應該考慮用List,對于需要快速插入猜谚,刪除元素败砂,應該使用LinkedList,如果需要快速隨機訪問元素魏铅,應該使用ArrayList吠卷。
如果程序在單線程環(huán)境中,或者訪問僅僅在一個線程中進行沦零,考慮非同步的類祭隔,其效率較高,如果多個線程可能同時操作一個類,應該使用同步的類疾渴。
要特別注意對哈希表的操作千贯,作為key的對象要正確復寫equals和hashCode方法。
盡量返回接口而非實際的類型搞坝,如返回List而非ArrayList搔谴,這樣如果以后需要將ArrayList換成LinkedList時,客戶端代碼不用改變桩撮。這就是針對抽象編程敦第。

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