Java集合框架的层次结构和使用规则梳理

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在Java语言中，Java语言的设计者对常用的数据结构和算法做了一些规范（接口）和实现（具体实现接口的类）。所有抽象出来的数据结构和操作（算法）统称为Java集合框架（JavaCollectionFramework）。

Java程序员在具体应用时，不必考虑数据结构和算法实现细节，只需要用这些类创建出来一些对象，然后直接应用就可以了，这样就大大提高了编程效率。

概述

什么是框架？ 

· 类库的集合

什么是集合？

· 存放数据的容器

集合框架用来干什么？

· 用来表示和操作的统一的架构

集合框架包含了两部分：一部分是类，一部分是接口（用来规范相似功能的类）

主要结构图：



Java集合工具包位于Java.util包下，包含了很多常用的数据结构，如数组、链表、栈、队列、集合、哈希表等。　 

Java集合框架的使用重点：List列表、Set集合、Map映射、迭代器（Iterator、Enumeration）、工具类（Arrays、Collections）。　

Collection

Collection是List、Set等集合高度抽象出来的接口，它包含了这些集合的基本操作，实现该接口及其子接口的所有类都可应用clone()方法，并是序列化类。  

主要实现关系层次图：　



Collection的常用方法：

· 添加 

boolean add(E e); 

boolean addAll(Collection<> c)　　

· 删除 

boolean remove(E e); 

boolean removeAll(Collection<> c) ; 

void clear();

· 判断 

boolean contains(Object o) 

boolean containsAll(Collection<> c) 

boolean isEmply();

· 获取 

int size(); 

Iterator iterator();

· 其他 

boolean retainAll(Collection coll); 

Object[] toArray();　　

List

List接口通常表示一个列表，可随机访问包含的元素，元素是有序的，可在任意位置增、删元素，不管访问多少次，元素位置不变，允许重复元素。　 用Iterator实现单向遍历，也可用ListIterator实现双向遍历。

List特有的常见方法：

· 添加 

void add(index,element); 

void add(index,collection);

· 删除 

Object remove(index);

· 获取 

Object get(index); 

int indexOf(object); 

int lastIndexOf(object); 

Last subList(from,to);

· 修改 

Object set(index,element);

LinkedList

内部是链表数据结构，随机访问很慢，增删操作很快，不耗费多余资源，允许null元素，非线程安全 ．如果多个线程同时访问一个List，则必须自己实现访问同步。 　　　　

ArrayList

内部是数组数据结构，元素顺序存储。新增元素改变List大小时，内部会新建一个数组，在将添加元素前将所有数据拷贝到新数组中 。随机访问很快，删除非头尾元素慢，新增元素慢而且费资源 。较适用于无频繁增删的情况，可增长数组，50%延长。比数组效率低，如果不是需要可变数组，可考虑使用数组，非线程安全。

Vector

另一种ArrayList，具备ArrayList的特性。所有方法都是线程安全的（双刃剑，和ArrayList的主要区别） 比ArrayList效率低。

Stack

LIFO的数据结构，Stack继承自Vector，也是同步的。

Set

通常表示一个集合，接口中的方法和Collection中的一致。是一个不允许重复元素的Collection，可以有一个空元素，不可随机访问包含的元素，只能用Iterator实现单向遍历，Set**不同步**。

HashSet

内部数据结构是哈希表（HashMap），元素是无序的，迭代访问元素的顺序和加入的顺序不同 .多次迭代访问，元素的顺序可能不同，非线程安全。

LinkedHashSet

基于HashMap和链表的Set实现，迭代访问元素的顺序和加入的顺序相同，多次迭代访问，元素的顺序不变。

SortedSet

加入SortedSet的所有元素必须实现Comparable接口，元素是有序的。

TreeSet

基于TreeMap实现的SortedSet，可以对Set集合中的元素进行排序，排序后按升序排列元素，非线程安全。 

两种排序方式：

· 让元素自身具备比较功能，元素就需要实现Compareable方法覆盖compareTo方法。

· 让集合自身具备比较功能，定义一个类实现Comparator接口，覆盖compare方法。

Map

是一个映射接口，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。　 

抽象类AbstractMap通过适配器模式实现了Map接口中的大部分函数，TreeMap、HashMap、WeakHashMap等实现类都通过继承AbstractMap来实现，但不常用的HashTable直接实现了Map接口。　

实现关系层次图：　



map中常用的方法：

· 添加 

value put(key,value):返回前一个和key关联的值，如果没有则返回null

· 删除 

void clear():清空map集合。 

value remove(key):根据指定的key删除这个键值对

· 判断 

boolean containKey(key) 

boolean containValue(value) 

boolean isEmpty();

· 获取 

value get(key);通过键获取值，如果没有该键返回null，当然可以通过返回null来判断是否包含指定键 

int size()获取键值对个数。

取出Map集合中的所有值的方法：

· 通过keySet方法获取map中所有的键所在的Set集合，再通过Set的迭代器获取到每一个键，再对每一个键获通过map集合的get方法取其对应值即可。　

· 通过map集合的entryset方法也可取出map集合当中所有的键值对，返回的就是Map.Entry对象，再通过Map.Entry对象的getkey和getvalue方法就可以取出对应的键和值。

· 通过Iterator遍历keySet或entryset

Hashtable

用作键的对象必须实现了hashcode()、equals()方法，也就是说只有Object及其子类可用作键，Hashtable继承于Dictionary字典，实现Map接口。键、值都不能是空对象，多次访问，映射元素的顺序相同 ，线程安全。

Properties

继承于Hashtable，键和值都是字符串。

HashMap

内部结构是哈希表，键和值都可以是空对象，不保证映射的顺序，多次访问，映射元素的顺序可能不同，非线程安全。　

LinkedHashMap

继承于HashMap ，多次访问，映射元素的顺序是相同的，性能比HashMap差。

WeakHashMap

当某个键不再正常使用时，垃圾收集器会移除它，即便有映射关系存在，非线程安全。

SortedMap

键按升序排列，所有键都必须实现Comparable接口。

TreeMap

内部结构是二叉树（基于红黑树实现），不同步，可以对Map集合中的键进行排序。

Iterator

Iterator是遍历集合的迭代器（不能遍历Map，只用来遍历Collection），Collection的实现类都实现了iterator()函数，它返回一个Iterator对象。　 ListIterator则专门用来遍历List。　 

而Enumeration则是JDK1.0时引入的，作用与Iterator相同，但它的功能比Iterator要少，它只能在Hashtable、Vector和Stack中使用。

Arrays和Collections是用来操作数组、集合的两个工具类。

使用技巧

· 需要唯一用Set 

　　　　　　　且需要指定顺序：TreeSet 

　　　　　　　　　　　不需要：HashSet　 

　　　　　　　得到与存储一致的顺序：LinkedHashSet　 

· 不需要唯一用List 

　　　　　　　需要频繁增删动作用：LinkedList 

　　　　　　　不需要：ArrayList　 　

· 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。