Java集合类 —— 集合类概述

0. 前言

Java集合类主要用来保存对象，因此集合类也被称为容器类，集合类都位于java.util包下。

后来为了处理多线程环境下的并发安全问题，java 5还在java.util.concurrent包下提供了一些多线程支持的集合类。

1. Java集合类库图



2. Java集合类库概述

Java集合类库的用途是"保存对象"，并将其划分为两个不同的概念

(1) Collection： 一组对象，通常这些元素都服从某种规则

List：元素有序、可重复
Set：元素无需、不重复

Queue：保持一个队列(先进先出)的顺序

(2) Map ：一组成对的"键值对"对象

Collection和Map的区别主要在于容器中每个位置保存的元素个数

(1) Collection每个位置只能保存一个元素(对象)

(2) Map保存的是"键值对"，就像一个小型数据库。我们可以通过"键"找到该键对应的"值"

3. Java集合类层次关系

3.1 Iterable

    迭代器接口，它是Collection的父接口。实现这个Iterable接口的对象允许使用foreach进行遍历，也就是说，所有的Collection集合对象都具有"foreach可遍历性"。

    Iterable接口只有一个方法: iterator()，它返回一个代表当前集合对象的泛型迭代器 Iterator<T>，用于之后的遍历操作。

3.2 Collection

    Collection是最基本的集合接口，一个Collection代表一组Object的集合，这些Object被称作Collection的元素。

    Collection是一个接口，用以提供规范定义，不能被实例化使用。

3.2.1 List

    List集合代表一个元素有序、可重复的集合，集合中每个元素都有其对应的顺序索引。

    List集合允许加入重复元素，因为它可以通过索引来访问指定位置的集合元素。 

    List集合默认按元素的添加顺序设置元素的索引。

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

    (1) ArrayList

    ArrayList 是基于数组实现的List类，它封装了一个动态的增长的、允许再分配的Object [ ] 数组。

    (2) LinkedList

    implements List<E>, Deque<E>。

    实现List接口，能对它进行队列操作，即可以根据索引来随机访问集合中的元素。

    同时它还实现了Deque接口，即能将LinkedList当作双端队列使用，自然也可以被当作"栈来使用"。

    (3) Vector

    Vector和ArrayList在用法上几乎完全相同，但由于Vector是一个古老的集合，所以Vector提供了一些方法名很长的方法，但随着JDK1.2以后，java提供了系统的集合框架，就将Vector改为实现List接口，统一归入集合框架体系中。

    (4) Stack

    Stack是Vector提供的一个子类，用于模拟"栈"这种数据结构(LIFO后进先出)。

3.2.2 Set

    Set集合类似于一个罐子，"丢进"Set集合里的多个对象之间没有明显的顺序。

    Set继承自Collection接口，不能包含有重复元素(记住，这是整个Set类层次的共有属性)。

    Set判断两个对象相同不是使用"=="运算符，而是根据equals方法。也就是说，我们在加入一个新元素的时候，如果这个新元素对象和Set中已有对象进行注意equals比较都返回false，则Set就会接受这个新元素对象，否则拒绝。

    因为Set的这个制约，在使用Set集合的时候，应该注意两点:

    1) 为Set集合里的元素的实现类实现一个有效的equals(Object)方法

    2) 对Set的构造函数，传入的Collection参数不能包含重复的元素

    实现Set接口的常用类有HashSet、LinkedHashSet 和 TreeSet 。

    (1) HashSet

    HashSet是Set接口的典型实现，HashSet使用HASH算法来存储集合中的元素，因此具有良好的存取和查找性能。

    当向HashSet集合中存入一个元素时，HashSet会调用该对象的hashCode()方法来得到该对象的hashCode值，然后根据该HashCode值决定该对象在HashSet中的存储位置。

    值得注意的是，HashSet集合判断两个元素相等的标准是两个对象通过equals()方法比较相等，并且两个对象的hashCode()方法的返回值相等。

    (2) LinkedHashSet

    LinkedHashSet集合也是根据元素的hashCode值来决定元素的存储位置，但和HashSet不同的是，它同时使用链表维护元素的次序，这样使得元素看起来是以插入的顺序保存的。

    当遍历LinkedHashSet集合里的元素时，LinkedHashSet将会按元素的添加顺序来访问集合里的元素。

    LinkedHashSet需要维护元素的插入顺序，因此性能略低于HashSet的性能，但在迭代访问Set里的全部元素时(遍历)将有很好的性能(链表很适合进行遍历)。

    (3) SortedSet 接口

    此接口主要用于排序操作，即实现此接口的类都属于排序的类。

    (4) TreeSet

    TreeSet是SortedSet接口的实现类，TreeSet可以确保集合元素处于排序状态。

3.2.3 Queue

    Queue用于模拟"队列"这种数据结构(先进先出 FIFO)。

    队列的头部保存着队列中存放时间最长的元素，队列的尾部保存着队列中存放时间最短的元素。

    新元素插入(offer)到队列的尾部，访问元素(poll)操作会返回队列头部的元素，队列不允许随机访问队列中的元素。

3.3 Map

Map用于保存具有"映射关系"的数据，因此Map集合里保存着两组值，一组值用于保存Map里的key，另外一组值用于保存Map里的value。

key和value都可以是任何引用类型的数据。Map的key不允许重复，即同一个Map对象的任何两个key通过equals方法比较结果总是返回false。

关于Map，我们要从代码复用的角度去理解：java先实现了Map，然后通过包装了一个所有value都为null的Map就实现了Set集合。

Map的这些实现类和子接口中key集合的存储形式和Set集合完全相同(即key不能重复)。
Map的这些实现类和子接口中value集的存储形式和List非常类似(即value可以重复、根据索引来查找)。
实现Map接口的常用类有HashMap、LinkedHashMap、WeakHashMap、IdentityHashMap、Hashtable、TreeMap。

    (1) HashMap

    和HashSet集合不能保证元素的顺序一样，HashMap也不能保证key-value对的顺序。

    并且类似于HashSet判断两个key是否相等的标准也是：两个key通过equals()方法比较返回true，同时两个key的hashCode值也必须相等。

    (2) LinkedHashMap

    LinkedHashMap使用双向链表来维护key-value对的顺序，该链表负责维护Map的迭代顺序，与key-value对的插入顺序一致(注意和TreeMap对所有的key-value进行排序进行区分)。

    (3) WeakHashMap

    WeakHashMap与HashMap的用法基本相似。

    区别在于：HashMap的key保留了对实际对象的“强引用”，这意味着只要该HashMap对象不被销毁，该HashMap所引用的对象就不会被垃圾回收；

    但WeakHashMap的key只保留了对实际对象的“弱引用”，这意味着如果WeakHashMap对象的key所引用的对象没有被其他强引用变量所引用，则这些key所引用的对象可能被垃圾回收，当垃圾回收了该key所对应的实际对象之后，WeakHashMap也可能自动
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删除这些key所对应的key-value对。

    (4) IdentityHashMap

    IdentityHashMap的实现机制与HashMap基本相似。

    在IdentityHashMap中，当且仅当两个key严格相等(key1 == key2)时，IdentityHashMap才认为两个key相等。

    (5) Hashtable

    是一个古老的Map实现类。

    (6) SortedMap 接口

    正如Set接口派生出SortedSet子接口，SortedSet接口有一个TreeSet实现类一样；

    Map接口也派生出一个SortedMap子接口，SortedMap接口也有一个TreeMap实现类。

    (7) TreeMap

    TreeMap就是一个红黑树数据结构，每个key-value对即作为红黑树的一个节点。

    TreeMap存储key-value对(节点)时，需要根据key对节点进行排序。

    TreeMap可以保证所有的key-value对处于有序状态。

    同样，TreeMap也有两种排序方式：自然排序、定制排序。