黑马程序员——Java集合框架

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集合框架是为表示和操作集合而规定的一种统一的标准的体系结构。任何集合框架都包含三大块内容：对外的接口、接口的实现和对集合运算的算法。

集合有ArrayList、Vector、hashmap、linklist、treemap、hashset等多种实现。为了屏蔽实现差异，java提供了一个Collection接口，规定必须实现一些公用的方法，比如add、remove、size等等，不管底层如何实现，我们都知道它们至少拥有上面方法，一句话java集合就是提供一组通用接口，管理大量数据的数据结构实现。

Java集合框架：

1. 什么是框架：类库的集合

2. 集合框架：用来表示和操作的统一的框架，包含了实现集合的接口与类

3. 集合：存放数据的容器。集合框架包含了两部分：一部分是接口，一部分是类

4. 为什么会出现接口：因为集合框架中的很多类，功能是相似的，所以用接口来规范类。

主要结构图：



注：1. 在集合框架中，接口Map和Collection在层次结构上没有任何亲缘关系，它们是截然不同的。

        2. 不要简单的认为集合类就这些，jdk中集合类有很多这些是我们经常用到的而已，Collection、List、Set、Queue和Map都是接口（Interface），不是具体的类实现。

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。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。

    所以实现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。

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Iterator it = collection.iterator();  

while(it.hasNext()){  

    Object obj = it.next();  

}  

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中的数组。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，多了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。

|--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，队列或者双向队列。

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：

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List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));  

|--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，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。

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

Map接口没有继承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。

用于关键字/数值对，像个Dictionary。

处理Map的三种集合：

关键字集KeySet()

数值集value()

项目集enrySet()

|--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）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。

按照散列函数的定义，如果两个对象相同，则它们的hashcode必须相同，但如果两个对象不同，这它们的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），其迭代器操作时间开销和HashMap的容量成比例。因此，如果迭代器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。

|--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。

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，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。