JAVA集合框架学习总结

做一个JAVA简单的集合框架的知识总结，只是单纯的知识点记录和自己的表达，更深入或具体的只能自己去查API或源码了，以后如果有其他想法再回来补充修正，有错误之处请指教。

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java集合框架主要分为实现了Collection接口的List和Set、映射接口Map。

    |-- List 有序，元素都有索引，可重复。

    |-- Set 无序，不可以存储重复的元素。

    |-- Map中的每个元素包含一个Key和一个对应的Value。

下图是java集合框架的体系结构(图片来自：查看)

        

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 Collection接口

Collection接口是最基本的集合接口，他不提供直接的实现。
Collection所表示的是一种规则，它所包含的元素都必须包含一条或多条原则.eg:有些允许重复，有些不允许重复；有些要求按照顺序插入而有些则是散列；有些支持排序有些不支持。
所有实现了Collection接口的类都必须提供两套标准的构造函数，一个是无参，用于创建一个空的Collection；一个是带有Collection参数的有参构造函数，用于创造一个新的Collection,这个心得Collection与传进来的Collection具有相同的元素。

Collection接口的一些公有方法

     主要就是增、删、判断、获取、取交集、变数组等。（点击可查看大图 ）

      

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List

List接口为Collection的直接接口。List代表的是有序的Collection，它用某种特定的顺序来维护元素的插入顺序。用户可对每个元素的精确的插入位置进行精确的控制，同时根据元素的索引获取元素。实现了List接口的集合主要有：ArrayList、LinkedList、Vector、Stack.

|--Vector    线程同步，增删查询都很慢。

|-- ArrayList    线程不同步，动态数组，ArrayList代替了Vector，允许插入null值，初始大小为10，擅长随机访问。

|-- LinkedList    线程不同步，双向链表，增删元素非常快。

|--Stack   继承自Vector,实现一个后进先出的堆栈。Stack在Vector的基础上增加了5个方法，使得其变为栈。Push、Pop、peek(获取栈顶)、empty、search(检测一个元素是否在堆中).

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set

Set是一种不包括重复元素的Collection，他维持他的内部排序，允许null但仅能有一个，传入Set的元素必须不同。实现Set接口的集合有：EnumSet、HashSet、TreeSet.

|--EnumSet 枚举专用的Set，所有元素都是枚举类型。

|-- HashSet  底层是哈希表，线程不同步，无序，高效。HashSet堪称查询最快的集合，因为其内部是以HashCode实现的。它内部的顺序有哈希码来决定，所以不保证Set的迭代顺序。

|-- LinkedHashSet  有序 ,HashSet的子类。

|-- TreeSet  底层是二叉树， 线程不同步。 基于TreeMap,生成一个总是处于排序状态的Set，内部以TreeMap来实现，利用元素的自然顺序对元素进行排序，或者根据创建时提供的Comparator进行排序

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Map

是由一系列键值对组成的集合，提供Key到Value的映射，不能存在相同的Key，实现Map的有：HashMap、TreeMap、HashTable、Properties、EnumMap .  Map要保证键的唯一性。

|-- HashTable  底层哈希表，线程同步，不能存在Null键，Null值。线程同步，以哈希表的数据结构实现，解决冲突时与HashMap一样也是采用散列表的形式，不过性能比HashMap要低。

|--HashMap  底层哈希表，线程不同步，不能存在Null键，Null值。 以哈希表数据结构实现，查找对象时通过hash值计算其位置，它是为快速查询而设计的，内部定义了一个Hash表数组(Entry[] table),元素会通过hash转化函数转为在数组中的索引，如果有冲突的，则用散列链表的形式串起来。

|--LinkedHashMap  Map接口的哈希表和链接列表实现，具有预知的迭代顺序。

|-- TreeMap 底层二叉树，可以对Map集合中的键进行制定顺序的排序。键以某种排序规则排序，内部以Red-balck(红-黑树)数据结构实现。实现了SortedMap接口。

(Queue
队列，主要分为两大类，一类是阻塞式队列，队列满了以后在插入会出现异常，ArrayBlockQueue、PriorityBlockingQueue、LinkedBlockingQueue。另一种队列则是双端队列，支持在头、尾两端插入和移除元素，主要包括：ArrayDeque、LinkedBlockingDeque、LinkedList。)

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下面按顺序对每一个容器进行详细讲解：

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List  --> Vector ：

可以使用整数索引访问，可以看成数组的访问方式，但是与数组不同的是Vector大小会自动增长。

由 Vector 的 iterator 和 listIterator 所返回的迭代器是快速失败的：如果在迭代器创建后的任意时间从结构上修改了向量（通过迭代器自身的remove 或 add 方法之外的任何其他方式），则迭代器将抛出 ConcurrentModificationException。

Vector 的 elements 方法返回的 Enumeration 不是 快速失败的。

点击查看ConcurrentModificationException和Fail-Fast机制

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List  --> ArrayList ：

实现了List接口，底层采用数组保存所有元素；动态数组，ArrayList是List接口的可变数组的实现；允许null值；不是同步的；实现了Cloneable()接口，级覆盖了clone()方法，能够被克隆。

1.set(int index, E element)：该方法首先调用rangeCheck(index) 来校验 index 变量是否超出数组范围，超出则抛出异常。而后，取出原 index 位置的值，并且将新的 element 放入 Index 位置，返回 oldValue。

2.add(E e)：该方法是将指定的元素添加到列表的尾部。当容量不足时，会调用 grow 方法增长容量。

3.add(int index, E element)：在 index 位置插入 element。

4.addAll(Collection<? extends E> c) 和addAll(int index, Collection<? extends E> c) ：将特定 Collection中的元素添加到 Arraylist 末尾。

 

数组扩容有两个方法，1：通过一个 public 的方法ensureCapacity(int minCapacity) 来增加 ArrayList 的容量。2：而在存储元素等操作过程中，如果遇到容量不足，会调用priavte方法private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) 实现。

数组进行扩容时，会将老数组中的元素重新拷贝一份到新的数组中，每次数组容量的增长大约是其原容量的 1.5 倍.

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List  --> LinkedList：

LinkedList 与 ArrayList一样，都实现了List接口，但内部的数据结构有本质的不同，LinkedList 是基于链表实现的，所以在类中包含了first和last两个指针，所以插入删除效率高，但随机访问效率低。

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Set --> HashSet ：

HashSet是基于HashMap实现的，底层是采用HahsMap来保存数据的，HashSet中会有一个HashMap成员，在构造函数中对其初始化。因为HashSet是基于HashMap实现的，所以关于HashSet的操作基本都是调用HashMap的方法来实现的。但是我们需要覆盖HashCode()和Equals()方法(用来保证放入的对象的唯一性)。

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Set --> HashSet  -->LinkedHashSet：

 LinkedHashSet 继承HashSet、又基于LinkedHashMap来实现。

 LinkedHashSet 是一个Set的实现，存的不是键值对，而是值。LinkedHashSet是不同步的。

 LinkedHashSet 是Set的一个具体实现，其维护着一个运行于所有条目的双重链接列表，此链接列表定义了迭代顺序，该迭代顺序可为插入顺序或访问顺序。

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Set --> TreeSet ：

不同步，当至少有一个线程修改了改set，则必须对外保持同步，一般是通过对自然封装该set的对象执行同步操作来完成，如果不存在这样的对象，则应该使用Collections.synchronizedSortedSet 方法来“包装”该 set。此操作最好在创建时进行，以防止对 set 的意外非同步访问：

SortedSet s=Collections.synchronizedSortedSet(new TreeSet(...)); 此类的iterator方法返回的迭代器是 快速失败 的。

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Map --> HashTable：

任何非null的对象都可以做键或值，为了成功的在哈希表中存储和获取对象，用作键的对象必须实现hashCode()和equals()方法。

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Map --> HashMap：

基于哈希表的Map实现，HashMap实际上是一个链表散列的数据结构，即数组和链表的结合体。底层是一个数组结构，而每个存储空间又是一个链表，当创建HashMap的时候会初始化一个数组。

允许存放Null Key和Null Value，当我们保存时，如果Key已经存在，则心得Value会覆盖旧的Value ,当我们执行put（此映射中关联指定值与指定键）操作时，先根据key的hashCode()计算出hash值，根据hash值得到这个元素在数组中的下标，如果数组中这个位置已经有元素了，则以链表的形式存放，新加入的放在链头，否则直接放到该位置。

确定存储Key-Value时，不考虑Value值，仅仅根据Key决定位置。

总结：HashMap在底层将Key-Value当成一个整体进行处理，这个整体是一个Entry对象，HashMap底层采用一个Entry[]数组来保存所有的Key-Value对。

当HashMap中的元素越来越多时，Hash冲突的机率越来越高。为了提高查询效率，就要对HashMap扩容，但是HashMap扩容是很消耗性能的：原数组中的数据必须重新计算其在新数组中的位置，并放进去。数组自动扩容(扩展两倍)时发生在：元素个数 > 数组长度(默认是16) * 负载因子(默认是0.75),当然，默认值可在初始化时像构造中传递参数。

负载因子是衡量一个散列表空间的散列程度的，负载因子越大表示填充的越满。(对使用链表法的散列表来说：负载因子越大，空间利用越充分，但查询效率就会降低)。

HashMap的遍历方式：

第一种：                                  

Map map = new HashMap();
　　 Iterator iter = map.entrySet().iterator();
　　 while (iter.hasNext()) {
　　 Map.Entry entry = (Map.Entry) iter.next();
　　 Object key = entry.getKey();
　　 Object val = entry.getValue(); }
　　 }

 第二种：

Map map = new HashMap();

Iterator iter = map.keySet().iterator();

while (iter.hasNext()) {

Object key = iter.next();

Object val = map.get(key);

}

第一种效率比第二种高。

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Map --> HashMap --> LinkedHashMap:

此实现不是同步的。如果多个线程同时访问链接的哈希映射，而其中至少一个线程从结构上修改了该映射，则它必须 保持外部同步。这一般通过对自然封装该映射的对象进行同步操作来完成。如果不存在这样的对象，则应该使用Collections.synchronizedMap 方法来“包装”该映射。最好在创建时完成这一操作，以防止对映射的意外的非同步访问：

Map m=Colections.synchronizedMap(new LinkedHashMap(...));

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Map --> TreeMap：

基于红-黑树（Ren-Black tree）实现。该映射根据其键的自然映射展开，或者根据创建映射时提供的Comparator进行排序，具体取决于使用的构造方法。

不同步，当至少有一个线程修改了改set，则必须对外保持同步，一般是通过对自然封装该set的对象执行同步操作来完成，如果不存在这样的对象，则应该使用Collections.synchronizedSortedSet 方法来“包装”该 set。此操作最好在创建时进行，以防止对 set 的意外非同步访问：

SortedMap m=Collections.synchronizedSortedMap(new TreeMap(...)); 此类的iterator方法返回的迭代器是 快速失败 的。

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