JAVA集合--Collection

集合概述

java集合就像一种容器，我们可以把多个对象丢进该容器中。在编程时，我们需要存放多个数据，当然我们可以使用数组来保存多个对象，但是数组的长度不可变化，且无法保存具有映射关系的数据。集合类主要负责保存，盛装其他数据，因此集合类也被成为容器类。

集合类和数组不一样，数组即可以保存基本类型，也可也保存对象；而集合里保存的只能是对象。java的集合类主要由两个接口派生而出：Collection和Map。

Collection

collection有3个派生出来的子接口，分别是Set、Queue和List。Set与List接口分别代表了无序集合与有序集合。Queue时java提供的队列的实现。由于Collection是父接口，所以该接口定义的方法可同时用于Set、List和Queue。详细方法请查询JAVA API。

Tips1：当使用println方法来输出集合对象时，将输出[a,b,c,…..]形式，因为Collection实现类都重写了toString()方法，该方法可以一次性输出集合中的所有元素。

关于Collection遍历的通用方法：

Iterator迭代器

Iterator接口也是Java集合框架的成员，但是它与Collection与Map的集合不一样，Collection与Map主要用于盛装其他对象，而Iterator主要用于遍历（即迭代访问）Collection中的元素。

Iterator接口定义3个方法，hasNext：如果被迭代的集合元素还没有被遍历返回true、next：返回集合的下一个元素、remove：删除集合里上一次next返回的元素。

//创建一个集合Collection collection = new HashSet();//获取结合对应的迭代器Iterator it = collection.iterator()while(it.hasNext()){    //tips:next()方法返回Object类型，需进行类型转换    String string = (String)it.next();    //从集合中删除上一次next方法返回的元素    it.remove();}

若上述代码对变量string进行赋值，当再次遍历集合时，集合里的值不会发生改变。因为Iterator对集合进行迭代时，并不把元素本身传给了迭代变量，而是把集合元素的值给了迭代变量，所以修改迭代变量对于集合元素本身没有任何影响。

当Iterator迭代访问Collection集合元素时，Collection元素不能被改变，只有通过remove方法删除元素才可以，否则会引发java.util.ConcurrentModificationException异常。Iterator采用了快速失败（fail-fast）机制，一旦在迭代中检测到该集合已经被修改，程序立即引发ConcurrentModificationException异常，这样可以避免资源共享而引发的问题。

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Collection中所有Iterator的实现都是按fail-fast来设计的（ConcurrentHashMap和CopyOnWriteArrayList这类并发集合类除外）。
Java.util包中的所有集合类都被设计为fail-fast的，而java.util.concurrent中的集合类都为fail-safe的。Fail-fast迭代器抛出ConcurrentModificationException，而fail-safe迭代器从不抛出ConcurrentModificationException。

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为何Iterator接口没有具体的实现？
Iterator接口定义了遍历集合的方法，但它的实现则是集合实现类的责任。每个能够返回用于遍历的Iterator的集合类都有它自己的Iterator实现内部类。
这就允许集合类去选择迭代器是fail-fast还是fail-safe的。比如，ArrayList迭代器是fail-fast的，而CopyOnWriteArrayList迭代器是fail-safe的。

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Tips2:Iterator必须依附于Collection对象，若有一个Iterator对象，则必然有一个与之关联的Collection对象。

foreach遍历

Collection collection = new HashSet();for(Object obj : collection){    //读取集合元素}

foreach循环中的迭代变量也不是元素本身，修改foreach元素中的迭代遍历也没有什么意义。当使用foreach循环迭代集合元素时，该集合也不能被改变，否则也会引发ConcurrentModificationException异常。

Set集合

Set集合中多个对象之间没有明显的顺序，Set集合与Collection集合基本完全一样，没有提供额外的方法，只是不允许包含相同的元素。Set判断两个对象相同不是使用==而是使用equals方法。

HashSet

HashSet使用Hash算法来存储集合中的元素，具有良好的存取和查找性能。特点：

• 不能够保证元素顺序；
• HashSet是非同步的；
• 集合元素值可以为null；

当HashSet集合存入一个元素时，HashSet会调用该对象的hashCode()方法来得到该对象的hashCode值，根据HashCode的值决定对象的存储位置。HashSet通过判断两个对象的equals与hashCode方法，两者都相等才判断为两个元素相等。

那么这里就有两种情况：
(1)equals相同、hashcode不同：当两个元素通过equals方法返回true但HashCode值不等，HashSet可以把它们添加在不同的位置。但这就与Set集合的规则有出入了。
(2)hashcode相同，equals不同：因为两个对象的hashcode值相同，HashSet将它们保存在同一位置，使用链式结构保存，而HashSet根据hashcode快速定位查找元素，两个对象拥有相同的hashcode会导致性能下降。

LinkedHashSet

LinkedHashSet是HashSet的子类，LinkedHashSet也是根据HashCode定位元素的存储位置，但它使用链表来维护元素次序。LinkedHashSet需要维护元素的插入顺序，性能略低于HashSet，但是在迭代全部元素时，拥有良好的性能，因为内部元素有序。

TreeSet

TreeSet是SortedSet的实现类，TreeSet可以确保元素处于排序状态。TreeSet采用红黑树的数据结构来存储集合元素。相比HashSet它提供了一些额外的与排序有关的方法。因为TreeSet是有序的，所以增加了访问第一个，前一个、后一个、最后一个元素的方法。

• 自然排序
  TreeSet会调用集合元素的compareTo方法比较元素大小，按元素升序排列，这就是自然排序。
  Java提供了一个Compare的接口，该接口定义了一个compareTo（Object obj）的方法，该方法返回一个整数值，0：两个对象相等；正整数：obj1大于obj2,；负整数：obj1小于obj2.
  
  obj1.compareTo(obj2);
  

Tips3:如果把一个对象添加到TreeSet，该对象必须实现Comparable接口，否则程序会抛出异常

• 定制排序
  如果需要集合的元素按照自定义的顺序排序，则需要通过Compatator接口，在创建TreeSet时创建一个匿名内部类对象，该对象负责元素的排序逻辑。

TreeSet treeSet = new TreeSet(new Comparator() {    @Override    public int compare(Object o1, Object o2) {        // TODO Auto-generated method stub        return 0;    }});

EnumSet

EnumSet是一个专为枚举类设计的集合类，EnumSet中所有的元素都必须是指定枚举类的枚举值。EnumSet在内部以位向量的形式存储，这种存储形式紧凑高效。EnumSet也不允许加入null元素。

各Set实现类的性能分析

HashSet与TreeSet是Set的两个典型实现。HashSet的性能总是比TreeSet好，特别是常用的添加与查询操作，只有当需要一个Set有序时，才使用TreeSet，否则都应该使用HashSet。
LinkedHashSet对于普通的插入和删除操作要比HashSet稍微慢一点，但是由于有了链表，LinkedHashSet的遍历会更快。
EnumSet是所有Set实现类中性能最好的。
Tips4：HashSet、TreeSet、EnumSet与LinkedHashSet都是县城不安全的。

List集合

List是一个可重复、有序的集合，集合中每个元素都有其对应的顺序索引。List作为Collection的子接口，可以使用Collection的全部方法并增加了一个根据索引操作List的方法。List判断两个对象相等是根据equals方法。调用List的remove方法，若集合中有连个相同的对象，总是会删除第一个。

List还额外提供了一个ListIterator()方法，该方法继承了Iterator接口，专门操作List。ListIterator在Iterator的基础上增加了返回上一个元素与插入等相关方法。

Arrarys工具类中提供了一个能将数组或者指定数量对象转化为List集合的方法：asList（）。

ArraryList与Vector

ArraryList与Vector都实现了List类，使用initialCapacity参数来设置该数组的长度，当向ArraryList与Vector中添加元素超出了该数组长度时，initialCapacity会自动增加。对于通常的场景，无需关心ArraryList与Vector的initialCapacity，但如果向ArraryList与Vector中添加大量元素时，可使用ensureCapacity（int minCapacity）方法一次行的增加initialCapacity，减少分配次数，提高性能。如果创建空的ArraryList与Vector时不指定initialCapacity参数，则数组长度默认为0。

ArraryList与Vector相比，ArraryList是线程不安全的。

Vector还提供了stack的子类，但是一般较少使用，一般使用LinkedList替代。

Queue集合

Queue用于模拟队列数据结构，先进先出FIFO。

PriorityQueue

PriorityQueue是Queue的一个实现类。PriorityQueue保存队列元素顺序并不是按照加入队列的顺序，而是按照队列元素大小进行重新排序的。所以PriorityQueue不允许插入null元素。它对于队列元素的要求基本与TreeSet一致。

Deque与ArraryDeque

Deque是Queue的子接口，它代表一个双向队列。ArraryDeque是它的实现类。

LinkedList

LinkedList是一个List接口的实现类，但是它还实现了Deque接口，因此它是一个List集合，也可以被当做双端队列来使用，当然模拟栈也可以。
LinkedList的实现机制与ArraryList、ArraryDeque完全不同，ArraryList、ArraryDeque使用数组来保存集合中的元素，因此拥有较好的随机访问性能；LinkedList使用链表实现，在删除与插入时性能优秀。

各线性表性能分析

类型 实现机制 随机访问排名 迭代操作排名 插入操作排名 删除操作排名 数组 连续内存区保存元素 1 不支持 不支持 不支持 ArraryList/ArraryDeque 以数组保存元素 2 2 2 2 Vector 以数组保存元素 3 3 3 3 LinkedList 以链表保存元素 4 1 1 1

List使用建议：

• 如需遍历List元素，对于ArraryList与Vector集合应使用随机访问的方法，LinkedList应采用迭代器的方法来遍历。
• 需要经常插入与删除的List，应使用LinkedList而不是ArraryList。
• 如果需多线程使用，应使用Collections进行包装。

Collection的同步控制

Collections类中提供了多个synchronized的方法，这些方法可以将指定的集合包装成为线程安全的集合，解决多线程的安全问题。