一贵白、Java集合框架概述

集合可以看作是一種容器衣吠，用來存儲對象信息锰什。所有集合類都位于java.util包下罚随，但支持多線程的集合類位于java.util.concurrent包下玉工。

　　數(shù)組與集合的區(qū)別如下：

　　1)數(shù)組長度不可變化而且無法保存具有映射關(guān)系的數(shù)據(jù);集合類用于保存數(shù)量不確定的數(shù)據(jù)，以及保存具有映射關(guān)系的數(shù)據(jù)淘菩。

　　2)數(shù)組元素既可以是基本類型的值遵班，也可以是對象;集合只能保存對象。

　　Java集合類主要由兩個根接口Collection和Map派生出來的潮改，Collection派生出了三個子接口：List狭郑、Set、Queue(Java5新增的隊列)汇在，因此Java集合大致也可分成List翰萨、Set、Queue糕殉、Map四種接口體系亩鬼，(注意：Map不是Collection的子接口)。

　　其中List代表了有序可重復(fù)集合阿蝶，可直接根據(jù)元素的索引來訪問;Set代表無序不可重復(fù)集合雳锋，只能根據(jù)元素本身來訪問;Queue是隊列集合;Map代表的是存儲key-value對的集合，可根據(jù)元素的key來訪問value赡磅。

　　上圖中淡綠色背景覆蓋的是集合體系中常用的實現(xiàn)類魄缚，分別是ArrayList、LinkedList焚廊、ArrayQueue、HashSet习劫、TreeSet咆瘟、HashMap、TreeMap等實現(xiàn)類诽里。

　　二袒餐、Java集合常見接口及實現(xiàn)類

　　1. Collection接口常見方法(來源于Java API)

2. Set集合

　　Set集合與Collection的方法相同，由于Set集合不允許存儲相同的元素谤狡，所以如果把兩個相同元素添加到同一個Set集合灸眼，則添加操作失敗，新元素不會被加入墓懂，add()方法返回false焰宣。為了幫助理解，請看下面代碼示例：

public class Test {

　　public static void main(String[] args) {

　　Set set = new HashSet();

　　set.add(“hello world”);

　　set.add(“hello 冰湖一角”);

　　set.add(“hello 冰湖一角”);//添加不進(jìn)去

　　System.out.println(“集合中元素個數(shù)：”+set.size());

　　System.out.println(“集合中元素為：”+set.toString());

　　}

　　}

運行結(jié)果如下：

　　集合中元素個數(shù)：2

　　集合中元素為：[hello world, hello 冰湖一角]

　　分析：由于String類中重寫了hashCode()和equals()方法捕仔，用來比較指向的字符串對象所存儲的字符串是否相等匕积。所以這里的第二個"hello

冰湖一角"是加不進(jìn)去的盈罐。

　　下面著重介紹Set集合幾個常用實現(xiàn)類：

　　1)HashSet類

　　HashSet是Set集合最常用實現(xiàn)類，是其經(jīng)典實現(xiàn)闪唆。HashSet是按照hash算法來存儲元素的盅粪，因此具有很好的存取和查找性能。

　　HashSet具有如下特點：

　　? 不能保證元素的順序悄蕾。

　　? HashSet不是線程同步的票顾，如果多線程操作HashSet集合，則應(yīng)通過代碼來保證其同步帆调。

　　? 集合元素值可以是null奠骄。

　　HashSet存儲原理如下：

　　當(dāng)向HashSet集合存儲一個元素時，HashSet會調(diào)用該對象的hashCode()方法得到其hashCode值贷帮，然后根據(jù)hashCode值決定該對象的存儲位置戚揭。HashSet集合判斷兩個元素相等的標(biāo)準(zhǔn)是(1)兩個對象通過equals()方法比較返回true;(2)兩個對象的hashCode()方法返回值相等。因此撵枢，如果(1)和(2)有一個不滿足條件民晒，則認(rèn)為這兩個對象不相等，可以添加成功锄禽。如果兩個對象的hashCode()方法返回值相等潜必，但是兩個對象通過equals()方法比較返回false，HashSet會以鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)將兩個對象保存在同一位置沃但，這將導(dǎo)致性能下降磁滚，因此在編碼時應(yīng)避免出現(xiàn)這種情況。

　　HashSet查找原理如下：

　　基于HashSet以上的存儲原理宵晚，在查找元素時垂攘，HashSet先計算元素的HashCode值(也就是調(diào)用對象的hashCode方法的返回值)，然后直接到hashCode值對應(yīng)的位置去取出元素即可淤刃，這就是HashSet速度很快的原因晒他。

　　重寫hashCode()方法的基本原則如下：

　　? 在程序運行過程中，同一個對象的hashCode()方法返回值應(yīng)相同逸贾。

　　? 當(dāng)兩個對象通過equals()方法比較返回true時陨仅，這兩個對象的hashCode()方法返回值應(yīng)該相等。

　　? 對象中用作equals()方法比較標(biāo)準(zhǔn)的實例變量铝侵，都應(yīng)該用于計算hashCode值灼伤。

　　2)LinkedHashSet類

　　LinkedHashSet是HashSet的一個子類，具有HashSet的特性咪鲜，也是根據(jù)元素的hashCode值來決定元素的存儲位置狐赡。但它使用鏈表維護(hù)元素的次序，元素的順序與添加順序一致嗜诀。由于LinkedHashSet需要維護(hù)元素的插入順序猾警，因此性能略低于HashSet孔祸，但在迭代訪問Set里的全部元素時由很好的性能。

　　3)TreeSet類

　　TreeSet時SortedSet接口的實現(xiàn)類发皿，TreeSet可以保證元素處于排序狀態(tài)崔慧，它采用紅黑樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲集合元素。TreeSet支持兩種排序方法：自然排序和定制排序穴墅，默認(rèn)采用自然排序惶室。

　　? 自然排序

　　TreeSet會調(diào)用集合元素的compareTo(Object

obj)方法來比較元素的大小關(guān)系，然后將元素按照升序排列玄货，這就是自然排序皇钞。如果試圖將一個對象添加到TreeSet集合中，則該對象必須實現(xiàn)Comparable接口松捉，否則會拋出異常夹界。當(dāng)一個對象調(diào)用方法與另一個對象比較時，例如obj1.compareTo(obj2)隘世，如果該方法返回0可柿，則兩個對象相等;如果返回一個正數(shù)，則obj1大于obj2;如果返回一個負(fù)數(shù)丙者，則obj1小于obj2复斥。

　　Java常用類中已經(jīng)實現(xiàn)了Comparable接口的類有以下幾個：

　　? BigDecimal、BigDecimal以及所有數(shù)值型對應(yīng)的包裝類：按照它們對應(yīng)的數(shù)值大小進(jìn)行比較械媒。

　　? Charchter：按照字符的unicode值進(jìn)行比較目锭。

　　? Boolean：true對應(yīng)的包裝類實例大于false對應(yīng)的包裝類實例。

　　? String：按照字符串中的字符的unicode值進(jìn)行比較纷捞。

　　? Date痢虹、Time：后面的時間、日期比前面的時間主儡、日期大世分。

　　對于TreeSet集合而言，它判斷兩個對象是否相等的標(biāo)準(zhǔn)是：兩個對象通過compareTo(Object

obj)方法比較是否返回0缀辩，如果返回0則相等。

　　? 定制排序

　　想要實現(xiàn)定制排序踪央，需要在創(chuàng)建TreeSet集合對象時臀玄，提供一個Comparator對象與該TreeSet集合關(guān)聯(lián)，由Comparator對象負(fù)責(zé)集合元素的排序邏輯畅蹂。

　　綜上：自然排序?qū)崿F(xiàn)的是Comparable接口健无，定制排序?qū)崿F(xiàn)的是Comparator接口。(具體代碼實現(xiàn)會在后續(xù)章節(jié)中講解)

　　4)EnumSet類

　　EnumSet是一個專為枚舉類設(shè)計的集合類液斜，不允許添加null值累贤。EnumSet的集合元素也是有序的叠穆，它以枚舉值在Enum類內(nèi)的定義順序來決定集合元素的順序。

　　5)各Set實現(xiàn)類的性能分析

　　HashSet的性能比TreeSet的性能好(特別是添加臼膏，查詢元素時)硼被，因為TreeSet需要額外的紅黑樹算法維護(hù)元素的次序，如果需要一個保持排序的Set時才用TreeSet渗磅，否則應(yīng)該使用HashSet嚷硫。

　　LinkedHashSet是HashSet的子類，由于需要鏈表維護(hù)元素的順序始鱼，所以插入和刪除操作比HashSet要慢仔掸，但遍歷比HashSet快。

　　EnumSet是所有Set實現(xiàn)類中性能最好的医清，但它只能 保存同一個枚舉類的枚舉值作為集合元素起暮。

　　以上幾個Set實現(xiàn)類都是線程不安全的，如果多線程訪問会烙，必須手動保證集合的同步性负懦，這在后面的章節(jié)中會講到。

　　3. List集合

　　List集合代表一個有序持搜、可重復(fù)集合密似，集合中每個元素都有其對應(yīng)的順序索引。List集合默認(rèn)按照元素的添加順序設(shè)置元素的索引葫盼，可以通過索引(類似數(shù)組的下標(biāo))來訪問指定位置的集合元素残腌。

　　實現(xiàn)List接口的集合主要有：ArrayList、LinkedList贫导、Vector抛猫、Stack。

　　1)ArrayList

　　ArrayList是一個動態(tài)數(shù)組孩灯，也是我們最常用的集合闺金，是List類的典型實現(xiàn)。它允許任何符合規(guī)則的元素插入甚至包括null峰档。每一個ArrayList都有一個初始容量(10)败匹，該容量代表了數(shù)組的大小。隨著容器中的元素不斷增加讥巡，容器的大小也會隨著增加掀亩。在每次向容器中增加元素的同時都會進(jìn)行容量檢查，當(dāng)快溢出時欢顷，就會進(jìn)行擴(kuò)容操作槽棍。所以如果我們明確所插入元素的多少，最好指定一個初始容量值，避免過多的進(jìn)行擴(kuò)容操作而浪費時間炼七、效率缆巧。

　　ArrayList擅長于隨機(jī)訪問。同時ArrayList是非同步的豌拙。

　　2)LinkedList

　　LinkedList是List接口的另一個實現(xiàn)陕悬，除了可以根據(jù)索引訪問集合元素外，LinkedList還實現(xiàn)了Deque接口姆蘸，可以當(dāng)作雙端隊列來使用墩莫，也就是說，既可以當(dāng)作“棾逊螅”使用狂秦，又可以當(dāng)作隊列使用。

　　LinkedList的實現(xiàn)機(jī)制與ArrayList的實現(xiàn)機(jī)制完全不同推捐，ArrayLiat內(nèi)部以數(shù)組的形式保存集合的元素裂问，所以隨機(jī)訪問集合元素有較好的性能;LinkedList內(nèi)部以鏈表的形式保存集合中的元素，所以隨機(jī)訪問集合中的元素性能較差牛柒，但在插入刪除元素時有較好的性能堪簿。

　　3)Vector

　　與ArrayList相似，但是Vector是同步的皮壁。所以說Vector是線程安全的動態(tài)數(shù)組椭更。它的操作與ArrayList幾乎一樣。

　　4)Stack

　　Stack繼承自Vector蛾魄，實現(xiàn)一個后進(jìn)先出的堆棧虑瀑。Stack提供5個額外的方法使得Vector得以被當(dāng)作堆棧使用〉涡耄基本的push和pop

方法舌狗，還有peek方法得到棧頂?shù)脑兀琫mpty方法測試堆棧是否為空扔水，search方法檢測一個元素在堆棧中的位置痛侍。Stack剛創(chuàng)建后是空棧。

　　5)Iterator接口和ListIterator接口

　　Iterator是一個接口魔市，它是集合的迭代器主届。集合可以通過Iterator去遍歷集合中的元素。Iterator提供的API接口如下：

　　? boolean hasNext()：判斷集合里是否存在下一個元素待德。如果有岂膳，hasNext()方法返回 true。

　　? Object next()：返回集合里下一個元素磅网。

　　? void remove()：刪除集合里上一次next方法返回的元素。

　　ListIterator接口繼承Iterator接口筷屡，提供了專門操作List的方法涧偷。ListIterator接口在Iterator接口的基礎(chǔ)上增加了以下幾個方法：

　　? boolean hasPrevious()：判斷集合里是否存在上一個元素簸喂。如果有，該方法返回 true燎潮。

　　? Object previous()：返回集合里上一個元素溉浙。

　　? void add(Object o)：在指定位置插入一個元素宏胯。

　　以上兩個接口相比較，不難發(fā)現(xiàn)，ListIterator增加了向前迭代的功能(Iterator只能向后迭代)衡楞，ListIterator還可以通過add()方法向List集合中添加元素(Iterator只能刪除元素)。

　　4. Map集合

　　Map接口采用鍵值對Map的存儲方式蹄咖，保存具有映射關(guān)系的數(shù)據(jù)泽示，因此，Map集合里保存兩組值秉剑，一組值用于保存Map里的key泛豪，另外一組值用于保存Map里的value，key和value可以是任意引用類型的數(shù)據(jù)侦鹏。key值不允許重復(fù)诡曙，可以為null。如果添加key-value對時Map中已經(jīng)有重復(fù)的key略水，則新添加的value會覆蓋該key原來對應(yīng)的value价卤。常用實現(xiàn)類有HashMap、LinkedHashMap渊涝、TreeMap等慎璧。

　　Map常見方法(來源于API)如下：

1)HashMap與Hashtable

　　HashMap與Hashtable是Map接口的兩個典型實現(xiàn)，它們之間的關(guān)系完全類似于ArrayList與Vertor驶赏。HashTable是一個古老的Map實現(xiàn)類炸卑，它提供的方法比較繁瑣，目前基本不用了煤傍，HashMap與Hashtable主要存在以下兩個典型區(qū)別：

　　? HashMap是線程不安全盖文，HashTable是線程安全的。

　　?

HashMap可以使用null值最為key或value;Hashtable不允許使用null值作為key和value蚯姆，如果把null放進(jìn)HashTable中五续，將會發(fā)生空指針異常。

　　為了成功的在HashMap和Hashtable中存儲和獲取對象龄恋，用作key的對象必須實現(xiàn)hashCode()方法和equals()方法疙驾。

　　HashMap工作原理如下：

　　HashMap基于hashing原理，通過put()和get()方法存儲和獲取對象郭毕。當(dāng)我們將鍵值對傳遞給put()方法時它碎，它調(diào)用建對象的hashCode()方法來計算hashCode值，然后找到bucket位置來儲存值對象。當(dāng)獲取對象時扳肛，通過建對象的equals()方法找到正確的鍵值對傻挂，然后返回對象。HashMap使用鏈表來解決碰撞問題挖息，當(dāng)發(fā)生碰撞了金拒，對象將會存儲在鏈表的下一個節(jié)點中。

　　2)LinkedHashMap實現(xiàn)類

　　LinkedHashMap使用雙向鏈表來維護(hù)key-value對的次序(其實只需要考慮key的次序即可)套腹，該鏈表負(fù)責(zé)維護(hù)Map的迭代順序绪抛，與插入順序一致，因此性能比HashMap低电禀，但在迭代訪問Map里的全部元素時有較好的性能幢码。

　　3)Properties

　　Properties類時Hashtable類的子類，它相當(dāng)于一個key鞭呕、value都是String類型的Map蛤育，主要用于讀取配置文件。

　　4)TreeMap實現(xiàn)類

　　TreeMap是SortedMap的實現(xiàn)類葫松，是一個紅黑樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)瓦糕，每個key-value對作為紅黑樹的一個節(jié)點。TreeMap存儲key-value對時腋么，需要根據(jù)key對節(jié)點進(jìn)行排序咕娄。TreeMap也有兩種排序方式：

　　?

自然排序：TreeMap的所有key必須實現(xiàn)Comparable接口，而且所有的key應(yīng)該是同一個類的對象珊擂，否則會拋出ClassCastException圣勒。

　　? 定制排序：創(chuàng)建TreeMap時，傳入一個Comparator對象摧扇，該對象負(fù)責(zé)對TreeMap中的所有key進(jìn)行排序圣贸。

　　5)各Map實現(xiàn)類的性能分析

　　? HashMap通常比Hashtable(古老的線程安全的集合)要快

　　? TreeMap通常比HashMap、Hashtable要慢扛稽，因為TreeMap底層采用紅黑樹來管理key-value吁峻。

　　? LinkedHashMap比HashMap慢一點，因為它需要維護(hù)鏈表來爆出key-value的插入順序

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