Java集合

一、背景知识

1线性表是n个具有相同数据类型的有限序列（n>=0）。

在实际应用中，线性表都是以栈、队列、字符串、数组等特殊线性表的形式来使用的。

线性表按顺序存储分为顺序表，按链接存储分为链表。

由于这些特殊线性表都具有各自的特性，因此，掌握这些特殊线性表的特性，对于数据运算的可靠性和提高操作效率都是至关重要的。

2顺序表：

用一段地址连续的存储单元依次存储数据元素，通常用一维数组实现顺序表。

java中的List接口，就是线性表。ArrayList就是顺序线性表，LinkedList就是链表线性表。

3链表：

1）单链表

单链表结点



data是数据域，用于存放数据元素，next是指针域，用于存放该结点的后继结点的地址。每个结点只有一个指针域，故称为单链表。

2）循环链表

单链表终端结点的指针域由空指针改为指向头结点，这样的链表称为循环单链表（循环链表）

3）双链表



prior:前驱指针域 data：数据域 next：后继指针域

4其他的一些相关概念

1）头指针：指向第一个结点的指针称为头指针

2）头结点：很多时候，会在链表的头部附加一个结点，该结点的数据域可以不存储任何信息，这个结点称为头结点，头结点的指针域指向第一个结点

有了头结点，对在第一元素结点前插入结点和删除第一结点，其操作与其他结点的操作就统一了

3）头指针是链表的必要元素，头结点一般不是链表的必要要素

4）线性表使用顺序（数组）存储时有个弊端，那就是在插入和删除时需要大量的移动数据，这显示是非常消耗时间的，所以可以采用链式存储，即有一个指针域（单链表），来记录下个结点的存储位置（地址），这样在插入和删除结点时只需要修改指针域即可，从而大量减少移动数据所消耗的时间。

二、集合框架图



Collection

├List

│├LinkedList

│├ArrayList

│└Vector

│　└Stack

└Set

Map

├Hashtable

├HashMap

└WeakHashMap

三常见的集合接口、集合类

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。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。

下面是List方法的总结

1增

1）添加元素到表尾 add(E e)

2）添加集合到表尾 addAll(Collection<? extends E> c)

3）添加元素到指定索引位置 add(int index, E element)

4）添加集合到指定索引位置 addAll(int index, Collection<? extends E> c)

2删

1）根据索引移除对象元素 remove(int index)

2）根据值移除该对象元素 remove(Object o) removeAll(Collection<?> c)

3）移除所有元素 clear()

3改

1）根据索引和参数更改值 set(int index, E element)

4查

1）根据索引查值 get(int index)

2）根据值查索引 indexOf(Object o)

3）根据值查找第一个出现该元素的索引 indexOf(Object o) 列表不包含该元素，返回-1

4）根据值查找最后一个出现该元素的索引 lastIndexOf(Object o)

5）查找该表的元素数 size()

5判断

1）根据值判断是否有该元素 contains(Object o) containsAll(Collection<?> c)

2）判断该表是否为空 isEmpty()

6其他

返回该集合对应的数组 toArray()

LinkedList类

　　LinkedList实现了List接口，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(new LinkedList(...));

如获取表头元素（第一个元素）就有8个方法

1 E get(int index)

2 E getFirst()

3 E element()

4 E peek()

5 E peekFirst()

6 E poll() 此方法特殊，他会从表中移除该元素

7 E pollFirst() 此方法特殊，他会从表中移除该元素

8 E pop() 此方法特殊，他会从表中移除该元素

如获取表尾元素（最后一个元素）就有4个方法

1 E get(int index)

2 E getLast()

3 E peekLast()

4 E pollLast() 此方法特殊，他会从表中移除该元素

ArrayList类

ArrayList实现了可变大小的数组。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。

　　和LinkedList一样，ArrayList也是非同步的（unsynchronized）。

Vector类

　　Vector非常类似ArrayList，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。

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。

Set接口

　　Set是一种不包含重复的元素的Collection，即任意的两个元素e1和e2都有e1.equals(e2)=false，Set最多有一个null元素。

　　很明显，Set的构造函数有一个约束条件，传入的Collection参数不能包含重复的元素。

　　请注意：必须小心操作可变对象（Mutable Object）。如果一个Set中的可变元素改变了自身状态导致Object.equals(Object)=true将导致一些问题。

Map接口

　　请注意，Map没有继承Collection接口，Map提供key到value的映射。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。

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initial capacity和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和equals方 法。hashCode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，不同之处在于HashMap是非同步的，并且允许null，即null value和null key。，但是将HashMap视为Collection时（values()方法可返回Collection），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的初始化容量设得过高，或者load factor过低。

WeakHashMap类

　　WeakHashMap是一种改进的HashMap，它对key实行“弱引用”，如果一个key不再被外部所引用，那么该key可以被GC回收。

Queue接口

队列（Queue）方法总

1进队列（从队列末尾进入）

boolean add(E e)

boolean offer(E e)

2获取队列第一个元素的4种方法（从队列开头获取）

E element()

E peek()

E poll()

E remove()

总结

　　如果涉及到堆栈，队列等操作，应该考虑用List，对于需要快速插入，删除元素，如果该插入或删除需要大量的移动数据，应该使用LinkedList，如果需要快速随机访问元素，应该使用ArrayList。

　　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的对象要正确复写equals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。