Java学习之集合框架

1.Collection接口

Collection是最基本的集合接口，一个Collection代 表一组Object，即Collection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。JavaSDK不提供直接继承自Collection的类，JavaSDK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器，使用该迭代器即可逐一访问Collection中每一个元素。典型的用法如下：

Iterator it=collection.iterator();//获得一个迭代器

while(it.hasNext()){

Objectobj=it.next();//得到下一个元素

}

由Collection接口派生的两个接口是List和Set。

2.List接口

List是有序的Collection，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，这类似于Java的数组。

和下面要提到的Set不同，List允许有相同的元素。

除了具有Collection接口必备的iterator()方法 外，List还提供一个listIterator()方法，返回一个 ListIterator接口，和标准的Iterator接口相比，ListIterator多了一些add()之类的方法，允许添加，删除，设定元素， 还能向前或向后遍历。

实现List接口的常用类有LinkedList，ArrayList，Vector和Stack。

2.1.LinkedList类

LinkedList实现了List接口，基于双向链表实现，添加删除元素比较快，线程不安全，允许null元素。此外LinkedList提供额外的get，remove，insert方法在 LinkedList的首部或尾部。这些操作使LinkedList可被用作堆栈（stack），队列（queue）或双向队列（deque）。

注意LinkedList没有同步方法。如果多个线程同时访问一个List，则必须自己实现访问同步。一种解决方法是在创建List时构造一个同步的List：

List list=Collections.synchronizedList(newLinkedList(...));

2.2.ArrayList类

ArrayList基于数组实现，查询比较快，线程不安全。它允许所有元素，包括null。ArrayList没有同步。

size，isEmpty，get，set方法运行时间为常数。但是add方法开销为分摊的常数，添加n个元素需要O(n)的时间。其他的方法运行时间为线性。

每个ArrayList实例都有一个容量（Capacity），即用 于存储元素的数组的大小。这个容量可随着不断添加新元素而自动增加，但是增长算法并没有定义。当需要插入大量元素时，在插入前可以调用 ensureCapacity方法来增加ArrayList的容量以提高插入效率（自动增判断长度后增长也会浪费时间）。

和LinkedList一样，ArrayList也是非同步的 （unsynchronized）。（在java.util.concurrent包中定义的CopyOnWriteArrayList提供了 线程安全的Arraylist，但是当进行add和set等变化操作时它是通过为底层数组创建新的副本实现的，所以比较耗费资源

（源码在此：publicboolean add(E e) {

final ReentrantLock lock =this.lock;

lock.lock();

try {

Object[] elements = getArray();

int len = elements.length;

Object[] newElements = Arrays.copyOf(elements,len + 1);

newElements[len] = e;

setArray(newElements);

return true;

} finally {

lock.unlock();

}

}）

2.3.Vector类

Vector非常类似ArrayList，也是基于数组实现。 但是Vector是同步的。由Vector创建的Iterator，虽然和ArrayList创建的 Iterator是同一接口，但是，因为Vector是同步的，当一个Iterator被创建而且正在被使用，另一个线程改变了Vector的状态（例 如，添加或删除了一些元素），这时调用Iterator的方法时将抛出ConcurrentModificationException，因此必须捕获该 异常。通过使用capacity和ensurecapacity操作以及capacityIncrement域可以优化存储操作，这个前面讲过，Vector的Iterator和listIterator方法翻译的迭代器支持fail-fast机制，因此如果在使用迭代器的过程中有其他线程修改了map，那么将抛出ConcurrentModificationException，这就是所谓fail-fast策略。官方对此的说明是 java.util 包中的集合类都返回 fail-fast迭代器，这意味着它们假设线程在集合内容中进行迭代时，集合不会更改它的内容。如果 fail-fast迭代器检测到在迭代过程中进行了更改操作，那么它会抛出 ConcurrentModificationException，这是不可控异常。

2.4.Stack类

Stack继承自Vector，实现一个后进先出的堆栈。Stack提供5个额外的方法使得Vector得以被当作堆栈使用。基本的push和pop方法，还有peek方法得到栈顶的元素，empty方法测试堆栈是否为空，search方法检测一个元素在堆栈中的位置。Stack刚创建后是空栈。

boolean

empty() 
测试堆栈是否为空。

E

peek() 
查看堆栈顶部的对象，但不从堆栈中移除它。

E

pop() 
移除堆栈顶部的对象，并作为此函数的值返回该对象。

E

push(Eitem)
把项压入堆栈顶部。

int

search(Objecto)
返回对象在堆栈中的位置，以 1 为基数。

3. set接口：

Set具有与Collection完全一样的接口，因此没有任何额外的功能，不像前面有两个不同的List。实际上Set就是 Collection,只是行为不同(这是继承与多态思想的典型应用：表现不同的行为)。Set不保存重复的元素。加入Set的元素必须定义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。

3.1 HashSet : 它不允许出现重复元素；不保证集合中元素的顺序，可以自己做个例子可以看出加入的字段顺序跟遍历出的不一样，允许包含值为null的元素，但最多只能有一个null元素（不允许重复）。

HashSet判断重复的标准：先比较两个元素的hashCode，如果不相等，则认为是两个元素；如果hashCode相等，再判断equals方法，如果false，则认为是两个不同的元素，否则是相同元素，不能重复添加到HashSet中。

 

3.2 TreeSet : 可以实现排序等功能的集合，使用元素的自然顺序或者根据创建时提供的Comparator进行排序。参与排序的元素必须是同一类型的，不然会发生ClassCastException.它在将对象元素添加到集合中时会自动按照某种比较规则将其插入到有序的对象序列中，并保证该集合元素组成按照“升序”排列。不允许值为null 的元素。

注意：如果对象具有自然排序能力，而创建TreeSet时也提供了比较器对象，则优先选用比较器对象来做比较。

a)（在对大量信息进行检索的时候，TreeSet比AraayList更有效率，能保证在log(n)的时间内完成）。

b)TreeSet是实用树形结构来存储信息的，每个节点都会保存一下指针对象，分别指向父节点，左分支，右分支，相比较而言，ArrayList就是一个含有元素的简单数组了，正因为如此，它占的内存也要比ArrayList多一些。

c)向TreeSet插入元素也比ArrayList要快一些，因为当元素插入到ArrayList的任意位置时，平均每次要移动一半的列表，需要O(n)的时间， 而TreeSet深度遍历查询花费的实施只需要O(log(n))（普遍的都是，set查询慢，插入快，list查询快，插入慢）

3.3 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。

4.Map接口

java为数据结构中的映射定义了一个接口java.util.Map;它有四个实现类,分别是HashMap Hashtable LinkedHashMap 和TreeMap

Map主要用于存储健值对，根据键得到值，因此不允许键重复,但允许值重复。

Hashmap 是一个 最常用的Map,它根据键的HashCode 值存储数据,根据键可以直接获取它的值，具有很快的访问速度。HashMap 最多只允许一条记录的键为Null;允许多条记录的值为 Null;HashMap不支持线程的同步，即任一时刻可以有多个线程同时写HashMap;可能会导致数据的不一致。如果需要同步，可以用 Collections的synchronizedMap方法使HashMap具有同步的能力。

Hashtable 与HashMap类似,不同的是:它不允许记录的键或者值为空;它支持线程的同步，即任一时刻只有一个线程能写Hashtable,因此也导致了Hashtale在写入时会比较慢。

Properties是HashTable的子类，也是线程安全的，一般用于读写配置文件。

LinkedHashMap保存了记录的插入顺序，在用Iterator遍历LinkedHashMap时，先得到的记录肯定是先插入的.在遍历 的时候会比HashMap慢。

TreeMap能够把它保存的记录根据键排序,默认是按升序排序，也可以指定排序的比较器，当用Iterator 遍历TreeMap时，得到的记录是排过序的。

5.如何选择集合框架

Set子接口:无序，不允许重复。List子接口:有序，可以有重复元素。具体区别是

Set：检索元素效率低下，删除和插入效率高，插入和删除不会引起元素位置改变。<对应类有 HashSet,TreeSet>

List：和数组类似，List可以动态增长，查找元素效率高，插入删除元素效率低，因为会引起其他元素位置改变。<相应类有 ArrayList,LinkedList，Vector>

在各种Lists中，最好的做法是以ArrayList作为缺省选择。当插入、删除频繁时，使用LinkedList()；

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。

当元素个数固定，用Array，因为Array效率是最高的。

结论：最常用的是ArrayList，HashSet，HashMap，Array。而且，我们也会发现一个规律，用TreeXXX都是排序的。