java容器之一_概述

1 数组

数组（ Array ）是一种数据结构，用来存储同一类型值的集合，该类型的值可以是基本类型也可以是对象类型，通过一个整型下标可以访问数据的每一个值，（ps：通过反射模式也可以访问数组元素，即可以是  Array.get()操作，具体方法请查看相关API）

数组的基本使用方法就不需要具体介绍了，主要是特点介绍和一般容器类的对比。不同的书本或博客可能对比的方面具体不同

1.1 基本情况：

唯一：

• 访问方法唯一 [] （补充：可以使用反射模式Array）
• 属性或方法唯一 length

不同：

• 对象数组 保留的是引用
• 基本类型数组 直接保存基本类型的值

不确定：

• 只能知道数组大小，无法确切知道有多少元素

1.2 对比：

• 效率 数组是一种效率最高的存储和随机访问对象引用序列的方法
• 类型 数组可以处理具体类型数据
• 通用的容器类 不处理具体类型，所有对象都按Object类型处理。不能保存基本类型。
• 特点 数组：大小固定 生命周期不可改变
• 容器：灵活性强 全object类型处理 相互间可以转换

1.3 扩展了解：

Java标准库：

• System.arraycopy() 比for要高效多的复制数组
• 对象是采用的浅复制引用。

1.4 基本方法：

四个基本方法（都被基本类型和Object重载过）：

• equals() 比较两个数组是否相等
• fill() 用某个值填充整个数组
• sort() 对数组进行排序 Comparable 接口
• binarySearch() 在已经排序的数组中查找元素

asList () 将数组 转换为List容器

• sort() 比较接口也可以使用策略模式(strategy)

1.5 详细解释：

效率和类型。对于Java来说，为保存和访问一系列对象（实际是对象的句柄）数组，最有效的方法莫过于数组。数组实际代表一个简单的线性序列，它使得元素的访问速度非常快，但我们却要为这种速度付出代价：创建一个数组对象时，它的大小是固定的，而且不可在那个数组对象的"存在时间"内发生改变。可创建特定大小的一个数组，然后假如用光了存储空间，就再创建一个新数组，将所有句柄从旧数组移到新数组。这属于"矢量"（Vector）类的行为。然而，由于为这种大小的灵活性要付出较大的代价，所以我们认为矢量的效率并没有数组高。

C++的矢量类知道自己容纳的是什么类型的对象，但同Java的数组相比，它却有一个明显的缺点：C++矢量类的operator[]不能进行范围检查，所以很容易超出边界（然而，它可以查询vector有多大，而且at()方法确实能进行范围检查）。在Java中，无论使用的是数组还是集合，都会进行范围检查，若超过边界，就会获得一个RuntimeException（运行期违例）错误。这类违例指出的是一个程序员错误，所以不需要在代码中检查它。在另一方面，由于C++的vector不进行范围检查，所以访问速度较快，在Java中，由于对数组和集合都要进行范围检查，所以对性能有一定的影响。

接下来还要学习另外几种常见的集合类：List（队列）、Stack（堆栈）以及Hashtable（散列表）。这些类都涉及对对象的处理，-好象它们没有特定的类型。换言之，它们将其当作Object类型处理（Object类型是Java中所有类的"根"类）。从某个角度看，这种处理方法是非常合理的：我们仅需构建一个集合，然后任何Java对象都可以进入那个集合（除基本数据类型外，-可用Java的基本类型封装类将其作为常数置入集合，或者将其封装到自己的类内，作为可以变化的值使用）。这再一次反映了数组优于常规集合：创建一个数组时，可令其容纳一种特定的类型。这意味着可进行编译期类型检查，预防自己设置了错误的类型，或者错误指定了准备提取的类型。当然，在编译期或者运行期，Java会防止我们将不当的消息发给一个对象。所以我们不必考虑自己的哪种做法更加危险，只要编译器能及时地指出错误，同时在运行期间加快速度，目的也就达到了。此外，用户很少会对一次违例事件感到非常惊讶的。

考虑到执行效率和类型检查，应尽可能地采用数组。然而，当我们试图解决一个更常规的问题时，数组的局限也可能显得非常明显。（也不推荐使用Vector类 属于比较老的方法）

数组的这种局限性也是相对的，下面提供一个对数组使用比较深入的博文地址：

http://cping1982.blog.51cto.com/601635/130062/

2 容器简介和接口图

2.1 接口关系

（图 1.1）

（图 2.2）

2.2 容器简介

容器（ Collection ）是最基本的集合接口，一个容器（ Collection ）保存一组对象（Object ），即对象是容器的元素（Elements ）。一些 Collection 允许相同的元素而另一些不行。一些能排序而另一些不行。Java SDK 不提供直接继承自Collection 的类， Java SDK 提供的类都是继承自Collection的 " 子接口 " 如List 和 Set 。  

所有实现Collection接口的类都必须提供两个标准的构造函数：无参数的构造函数用于创建一个空的   Collection，有一个 Collection参数的构造函数用于创建一个新的 Collection ，这个新的Collection与传入的Collection有相同的元素。后一个构造函数允许用户复制一个  Collection。  

如何遍历Collection 中的每一个元素？不论 Collection的实际类型如何，它都支持一个 iterator() 的方法，该方法返回一个迭代子，使用该迭代子即可逐一访问Collection中每一个元素。典型的用法如下：

 　　　　    Iterator it = collection.iterator(); //  获得一个迭代子       while(it.hasNext()) {    Object obj = it.next(); //  得到下一个元素       }

由Collection接口派生的两个接口是List 和 Set 。 List 按对象进入的顺序保存对象，不做排序或编辑操作。Set 对每个对象只接受一次，并使用自己内部的排序方法 ( 通常，你只关心某个元素是否属于 Set, 而不关心它的顺序 --   否则应该使用List)   。

3 基本特征介绍

3.1 接口 list set map介绍与简单对比

List：关心的是顺序，它保证维护元素特定的顺序（允许有相同元素），使用此接口能够精确的控制每个元素插入的位置。用户能够使用索引（元素在   List 中的位置，类似于数组下标）来访问  List 中的元素。即可以通过下标   (1,2..)   来取得值，值可以重复。

Set：仅接受一次，并做内部排序。只关心某元素是否属于   Set （不允许有相同元素），而不关心它的顺序。只能通过游标来取值，并且值是不能重复的。

Map： 最大的特点是键值映射，且为一一映射，键不能重复，值可以，所以是用键来索引值。  方法   put(Object key, Object value)   添 加一个"值"   (   想要得东西   )   和与"值"相关联的"键"  (key) (   使用它来查找   )   。方法   get(Object key)   返回与给定"键"相关联的"值" Map同样对每个元素保存一份，但这是基于   "   键   "   的，   Map   也有内置的排序，因而不关心元素添加的顺序。

简单来说 如果是注重顺序，优选实现了list接口的容器。注重键值管理，优选实现了map接口的容器，如果是单纯集合处理 就选实现了set接口的容器。

3.2 list set map实现类的介绍与简单对比

（1）简单对比

初级实现类底层实现特点同步安全性LinkedList链表插入删除没有同步线程不安全ArrayList数组随机访问没有同步线程不安全Vector数组线程安全同步线程安全HashSetHashMapSet中效率高没有同步线程不安全TreeSetTreeMap固定的顺序没有同步线程不安全Hashtablevector不能存储null值 有初始容量和负载因子同步线程安全HashMap哈希表可以存储null没有同步线程不安全TreeMap红黑树总处于平衡状态没有同步线程不安全IdentityHashMap没看到源码==   代 替   equals()解决特殊问题 
没有同步线程不安全

4 常用类的详细说明

4.1 继承list或list子类的常用类

List(interface): 次序是List最重要的特点；它确保维护元素特定的顺序。List为Collection添加了许多方法，使得能够向List中间插入与移除元素(只推荐LinkedList使用)。一个List可以生成ListIterator，使用它可以从两个方向遍历List，也可以从List中间插入和删除元素。

ArrayList: 由数组实现的List。它允许对元素进行快速随机访问，但是向List中间插入与移除元素的速度很慢。ListIterator只应该用来由后向前遍历ArrayList，而不是用来插入和删除元素，因为这比LinkedList开销要大很多。 LinkedList: 由列表实现的List。对顺序访问进行了优化，向List中间插入与删除得开销不大，随机访问则相对较慢(可用ArrayList代替)。它具有方法addFirst()、addLast()、getFirst()、getLast()、removeFirst()、removeLast()，这些方法(没有在任何接口或基类中定义过)使得LinkedList可以当作堆栈、队列和双向队列使用。

4.2 继承Set接口的常用类

Set(interface): 存入Set的每个元素必须是唯一的，这也是与List不同的，因为Set不保存重复元素。加入Set的Object必须定义equals()方法以确保对象的唯一性。Set与Collection有完全一样的接口。Set接口不保证维护元素的次序。

HashSet:HashSet能快速定位一个元素，存入HashSet的对象必须定义hashCode()。

TreeSet: 保持次序的Set，底层为树结构。使用它可以从Set中提取有序的序列。

LinkedHashSet: 具有HashSet的查询速度，且内部使用链表维护元素的顺序(插入的次序)。于是在使用迭代器遍历Set时，结果会按元素插入的次序显示。

HashSet采用散列函数对元素进行排序，这是专门为快速查询而设计的；TreeSet采用红黑树的数据结构进行排序元素。

LinkedHashSet内部使用散列以加快查询速度，同时使用链表维护元素的次序，使得看起来元素是以插入的顺序保存的。需要注意的是，生成自己的类时，Set需要维护元素的存储顺序，因此要实现Comparable接口并定义compareTo()方法

4.3 继承Map接口或Map子类常用类

请注意，Map没有继承Collection接口，Map提供key到 value的映射，你可以通过"键"查找"值"。一个Map中不能包含相同的key，每个key只能映射一个value。Map接口提供3 种集合的视图，Map的内容可以被当作一组key集合、一组value集合或者一组key-value映射。

方法put(Object key, Object value)添加一个"值"(想要得东西)和与"值"相关联的"键" (key) (使用它来查找) 。方法get(Object key)返回与给定"键"相关联的"值"。可以用 containsKey()和containsValue()测试Map中是否包含某个"键"或"值"。标准的Java 类库中包含了几种不同的 Map：HashMap、TreeMap、 LinkedHashMap、WeakHashMap和IdentityHashMap。它们都有同样的基本接口Map，但是行为、效率、排序策略、保存对象的生命周期和判定"键"等价的策略等各不相同。Map同样对每个元素保存一份，但这是基于 "键"的，Map也有内置的排序，因而不关心元素添加的顺序。如果添加元素的顺序对你很重要，应该使用LinkedHashSet或者LinkedHashMap。

执行效率是Map的一个大问题。看看get()要做哪些事，就会明白为什么在ArrayList中搜索"键"是相当慢的，而这正是HashMap提高速度的地方。HashMap使用了特殊的值，称为"散列码"(hash code)，来取代对键的缓慢搜索。"散列码"是"相对唯一"用以代表对象的int 值，它是通过将该对象的某些信息进行转换而生成的（在下面总结二：需要的注意的地方有更进一步探讨）。所有Java对象都能产生散列码，因为hashCode()是定义在基类Object中的方法。HashMap就是使用对象的hashCode()进行快速查询的，此方法能够显著提高性能。Hashtable类    Hashtable继承Map接口，实现一个key-value映射的哈希表。任何非空（non-null ）的对象都可作为key或者value。添加数据使用put(key, value)，取出数据使用get(key)，这两个基本操作的时间开销为常数。         Hashtable通过初始化容量(initial capacity)和负载因子(load factor)两个参数调整性能。通常缺省的load factor 0.75 较好地实现了时间和空间的均衡。增大load factor可以节省空间但相应的查找时间将增大，这会影响像get和put这样的操作。          

使用Hashtable的简单示例如下，将1、2、3放到Hashtable中，他们的key分别是"one"、"two"、"three"：        Hashtable numbers = new Hashtable();    numbers.put("one", new Integer(1));    numbers.put("two", new Integer(2));    numbers.put("three", new Integer(3)); 要取出一个数，比如2，用相应的key：       Integer n = (Integer)numbers.get("two");    System.out.println("two = " + n); 由于作为key的对象将通过计算其散列函数来确定与之对应的value的位置，因此任何作为key的对象都必须实现hashCode方法和equals方法。hashCode方法和equals方法继承自根类Object，如果你用自定义的类当作key的话，要相当小心，按照散列函数的定义，如果两个对象相同，即obj1.equals(obj2)=true，则它们的hashCode必须相同，但如果两个对象不同，则它们的hashCode不一定不同，如果两个不同对象的hashCode相同，这种现象称为冲突，冲突会导致操作哈希表的时间开销增大，所以尽量定义好的hashCode()方法，能加快哈希表的操作。    

如果相同的对象有不同的hashCode，对哈希表的操作会出现意想不到的结果（期待的get方法返回null），要避免这种问题，只需要牢记一条：要同时复写equals方法和hashCode方法，而不要只写其中一个。Hashtable是同步的。   HashMap类    HashMap和Hashtable类似，也是基于散列表的实现。不同之处在于HashMap是非同步的，并且允许null，即null value和null key。将HashMap视为Collection时（values()方法可返回Collection），插入和查询"键值对"的开销是固定的，但其迭代子操作时间开销和HashMap的容量成比例。因此，如果迭代操作的性能相当重要的话，不要将HashMap的初始化容量(initial capacity)设得过高，或者负载因子(load factor)过低。 LinkedHashMap类：类似于HashMap，但是迭代遍历它时，取得"键值对"的顺序是其插入次序，或者是最近最少使用(LRU)的次序。只比HashMap慢一点。而在迭代访问时反而更快，因为它使用链表维护内部次序。

WeakHashMap 类：弱键（weak key）Map是一种改进的 HashMap，它是为解决特殊问题设计的，对key 实行"弱引用 "，如果一个key不再被外部所引用（没有map之外的引用），那么该key可以被垃圾收集器(GC)回收。

TreeMap类

基于红黑树数据结构的实现。查看"键"或"键值对"时，它们会被排序（次序由Comparabel或Comparator决定）。TreeMap的特点在于：你得到的结果是经过排序的。TreeMap是唯一的带有subMap()方法的Map，它可以返回一个子树。  

IdentityHashMap类

使用"=="代替equals()对"键"作比较的hashmap。专为解决特殊问题而设计。

5 小结

5.1 比较

数组 (Array)，数组类(Arrays)

Java所有"存储及随机访问一连串对象"的做法，array是最有效率的一种。但缺点是容量固定且无法动态改变。array还有一个缺点是，无法判断其中实际存有多少元素， length只是告诉我们array的容量。Java中有一个数组类(Arrays)，专门用来操作array。数组类(arrays)中拥有一组 static函数。

equals()：比较两个array是否相等。array拥有相同元素个数，且所有对应元素两两相等。

fill()：将值填入array中。

sort()：用来对array进行排序。

binarySearch()：在排好序的array中寻找元素。

System.arraycopy()：array的复制。

若编写程序时不知道究竟需要多少对象，需要在空间不足时自动扩增容量，则需要使用容器类库，则array不适用。

• 容器类与数组的区别

容器类仅能持有对象引用（指向对象的指针），而不是将对象信息copy一份至数列某位置。一旦将对象置入容器内，便损失了该对象的型别信息。

• 容器   (Collection)与Map的联系与区别

Collection类型，每个位置只有一个元素。

Map类型，持有key-value对(pair)，像个小型数据库。

Collections是针对集合类的一个帮助类。提供了一系列静态方法实现对各种集合的搜索、排序、线程完全化等操作。相当于对Array进行类似操作的类------Arrays。

如，Collections.max(Collection coll);  取coll中最大的元素

Collections.sort(List list);  对list中元素排序

List，Set，Map将持有对象一律视为Object 型别。Collection、List、Set、Map都是接口，不能实例化。继承自它们的ArrayList, Vector, HashTable, HashMap是具象class，这些才可被实例化。

vector容器确切知道它所持有的对象隶属什么型别。vector不进行边界检查。

5.2 需要注意的地方

1、Collection只能通过iterator()遍历元素，没有get()方法来取得某个元素。

2、Set和Collection拥有一模一样的接口。但排除掉传入的Collection参数重复的元素。

3、List可以通过get()方法来一次取出一个元素。使用数字来选择一堆对象中的一个，get(0)...。(add/get)

4、Map用put(k,v) / get(k)，还可以使用containsKey()/containsValue()来检查其中是否含有某个key/value   。

HashMap会利用对象的hashCode来快速找到key。哈希码   (hashing)   就是将对象的信息经过一些转变形成一个独一无二的int值，这个值存储在一个array中。我们都知道所有存储结构中，array查找速度是最快的。所以，可以加速查找。发生碰撞时，让array指向多个values。即，数组每个位置上又生成一个梿表。

5、Map中元素，可以将key序列、value序列单独抽取出来。

使用keySet()抽取key序列，将map中的所有keys生成一个Set。

使用values()抽取value序列，将map中的所有values生成一个Collection。

为什么一个生成Set，一个生成Collection？那是因为，key总是独一无二的，value允许重复。

5.3 如何选择  

从效率角度：

在各种Lists中，对于需要快速插入，删除元素，应该使用LinkedList（可用LinkedList构造堆栈stack、队列queue），如果需要快速随机访问元素，应该使用ArrayList。最好的做法是以ArrayList作为缺省选择。Vector总是比ArrayList慢，所以要尽量避免使用。

在各种Sets中，HashSet通常优于TreeSet（插入、查找）。只有当需要产生一个经过排序的序列，才用TreeSet。TreeSet存在的唯一理由：能够维护其内元素的排序状态。

在各种Maps中HashMap用于快速查找。HashMap：适用于在Map中插入、删除和定位元素。 TreeMap：适用于按自然顺序或自定义顺序遍历键(key)。HashMap通常比TreeMap快一点(树和哈希表的数据结构使然)，建议多使用HashMap，在需要排序的Map时候才用TreeMap。

最后，当元素个数固定，用Array，因为Array效率是最高的。所以结论：最常用的ArrayList，HashSet，HashMap， Array。

5.4 更进一步分析：

如果程序在单线程环境中，或者访问仅仅在一个线程中进行，考虑非同步的类，其效率较高，如果多个线程可能同时操作一个类，应该使用同步的类。要特别注意对哈希表的操作，作为key的对象要同时正确复写equals方法和hashCode方法。尽量返回接口而非实际的类型，如返回List而非ArrayList，这样如果以后需要将ArrayList换成LinkedList时，客户端代码不用改变。这就是针对抽象编程。如果添加元素的顺序对你很重要，应该使用LinkedHashSet或者LinkedHashMap。

例外 也可以在没有同步的HashMap使用Collections类的静态的synchronizedMap()方法，它创建一个线程安全的Map对象，并把它作为一个封装的对象来返回。这个对象的方法可以让你同步访问潜在的HashMap。这么做的结果就是当你不需要同步时，你不能切断Hashtable中的同步（比如在一个单线程的应用程序中），而且同步增加了很多处理费用

5.5 测试

选有代表性的容器测试 HashMap 和 TreeMap

import java.util.HashMap; import java.util.Hashtable; import java.util.Iterator; import java.util.Map; import java.util.TreeMap; public class HashMaps { public static void main(String[] args) { Map<String, String> map = new HashMap<String, String>(); map.put("a", "aaa"); map.put("b", "bbb"); map.put("c", "ccc"); map.put("d", "ddd"); Iterator<String> iterator = map.keySet().iterator(); while (iterator.hasNext()) { Object key = iterator.next(); System.out.println("map.get(key) is :" + map.get(key)); } // 定义HashTable,用来测试 Hashtable<String, String> tab = new Hashtable<String, String>(); tab.put("a", "aaa"); tab.put("b", "bbb"); tab.put("c", "ccc"); tab.put("d", "ddd"); Iterator<String> iterator_1 = tab.keySet().iterator(); while (iterator_1.hasNext()) { Object key = iterator_1.next(); System.out.println("tab.get(key) is :" + tab.get(key)); } TreeMap<String, String> tmp = new TreeMap<String, String>(); tmp.put("a", "aaa");  tmp.put("b", "bbb"); tmp.put("c", "ccc"); tmp.put("d", "ddd"); Iterator<String> iterator_2 = tmp.keySet().iterator(); while (iterator_2.hasNext()) { Object key = iterator_2.next(); System.out.println("tmp.get(key) is :" + tmp.get(key)); } } }

测试结果 如下 HashMap 输出无序，TreeMap输出有序，Map 是堆栈结构。

map.get(key) is :ddd

map.get(key) is :bbb

map.get(key) is :ccc

map.get(key) is :aaa

tab.get(key) is :bbb

tab.get(key) is :aaa

tab.get(key) is :ddd

tab.get(key) is :ccc

tmp.get(key) is :aaa

tmp.get(key) is :bbb

tmp.get(key) is :ccc

tmp.get(key) is :ddd

6 扩展了解

6.1 关于Properties

Java.util.Properties类是Hashtable的一个子类，设计用于String keys和values。Properties对象的用法同Hashtable的用法相象，但是类增加了两个节省时间的方法，你应该知道。

Store()方法把一个Properties对象的内容以一种可读的形式保存到一个文件中。Load()方法正好相反，用来读取文件，并设定Properties对象来包含keys和values。

注意，因为Properties扩展了Hashtable，你可以用超类的put()方法来添加不是String对象的keys和values。这是不可取的。另外，如果你将store()用于一个不包含String对象的Properties对象，store()将失败。作为put()和get()的替代，你应该用setProperty()和getProperty()，它们用String参数。

6.2 关于Element的HashCode

Element的HashCode方法继承自Object，而Object中的HashCode方法返回的HashCode对应于当前的地址，也就是说对于不同的对象，即使它们的内容完全相同，用HashCode（）返回的值也会不同。这样实际上违背了我们的意图。因为我们在使用 HashMap时，希望利用相同内容的对象索引得到相同的目标对象，这就需要HashCode()在此时能够返回相同的值。在上面的例子中，我们期望 new Element (i=5)与 Elementtest=newElement(5)是相同的，而实际上这是两个不同的对象，尽管它们的内容相同，但它们在内存中的地址不同。

6.3 红黑树

红黑树是一种自平衡二叉查找树，是在计算机科学中用到的一种数据结构，典型的用途是实现关联数组。它是在1972年由鲁道夫·贝尔发明的，他称之为"对称二叉B树"，它现代的名字是在 Leo J. Guibas 和 Robert Sedgewick 于1978年写的一篇论文中获得的。它是复杂的，但它的操作有着良好的最坏情况运行时间，并且在实践中是高效的: 它可以在O(log n)时间内做查找，插入和删除，这里的n是树中元素的数目。红黑树的持久版本对每次插入或删除需要O(log n)的空间。

7 总结

1 数据容器都离不开基本数据结构的支持。

2 选择已有容器时，先区分是需要用到的set map（对应于群论 和 键值）。

3 确定数据操作的主要瓶颈和需求。即那种操作最常见，那种操作必须满足什么要求，选择满足必须要求时，最优与常见操作的数据容器。

数组可以保存基本类型 而容器不行 容器可以放置任何java对象。

（基本类型 可以使用java包装类将其作为常量包装后存入容器。或者用你自己的类将其变量包装起来存入容器 比如数组封装 http://cping1982.blog.51cto.com/601635/130062/ ）