Java集合架構List，Map，Set等全面介紹

Java Collections Framework是Java提供的對集合進行定義，操作，和管理的包含一組接口，類的體系結構。

Java集合架構的基本接口/類層次結構：

java.util.Collection [I]

+--java.util.List [I]

   +--java.util.ArrayList [C]

   +--java.util.LinkedList [C]

   +--java.util.Vector [C]

      +--java.util.Stack [C]

+--java.util.Set [I]

   +--java.util.HashSet [C]

   +--java.util.SortedSet [I]

      +--java.util.TreeSet [C]

java.util.Map [I]

+--java.util.SortedMap [I]

   +--java.util.TreeMap [C]

+--java.util.Hashtable [C]

+--java.util.HashMap [C]

+--java.util.LinkedHashMap [C]

+--java.util.WeakHashMap [C]

[I]：接口

[C]：類

Collection接口

    Collection是最基本的集合接口，一個Collection代表一組Object的集合，這些Object被稱作Collection的元素。

    所有實作Collection接口的類都必須提供兩個标準的構造函數：無參數的構造函數用于建立一個空的Collection，有一個Collection參數的構造函數用于建立一個新的Collection，這 個新的Collection與傳入的Collection有相同的元素。後一個構造函數允許使用者複制一個Collection。

    如何周遊Collection中的每一個元素？不論Collection的實際類型如何，它都支援一個iterator()的方法，該方法傳回一個疊代子，使用該疊代子即可逐一通路Collection中每一個元素。典型的用法如下：

Iterator it = collection.iterator(); // 獲得一個疊代子 

while(it.hasNext()) { 

　　Object obj = it.next(); // 得到下一個元素 

} 

    根據用途的不同，Collection又劃分為List與Set。

List接口

    List繼承自Collection接口。List是有序的Collection，使用此接口能夠精确的控制每個元素插入的位置。使用者能夠使用索引（元素在List中的位置，類似于數組下标）來通路List中的元素，這類似于Java的數組。

    跟Set集合不同的是，List允許有重複元素。對于滿足e1.equals(e2)條件的e1與e2對象元素，可以同時存在于List集合中。當然，也有List的實作類不允許重複元素的存在。

    除了具有Collection接口必備的iterator()方法外，List還提供一個listIterator()方法，傳回一個 ListIterator接口，和标準的Iterator接口相比，ListIterator多了一些add()之類的方法，允許添加，删除，設定元素， 還能向前或向後周遊。

    實作List接口的常用類有LinkedList，ArrayList，Vector和Stack。

LinkedList類

    LinkedList實作了List接口，允許null元素。此外LinkedList提供額外的get，remove，insert方法在 LinkedList的首部或尾部。這些操作使LinkedList可被用作堆棧（stack），隊列（queue）或雙向隊列（deque）。

    注意LinkedList沒有同步方法。如果多個線程同時通路一個List，則必須自己實作通路同步。一種解決方法是在建立List時構造一個同步的List：

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

ArrayList類

    ArrayList實作了可變大小的數組。它允許所有元素，包括null。ArrayList沒有同步。

size，isEmpty，get，set方法運作時間為常數。但是add方法開銷為分攤的常數，添加n個元素需要O(n)的時間。其他的方法運作時間為線性。

    每個ArrayList執行個體都有一個容量（Capacity），即用于存儲元素的數組的大小。這個容量可随着不斷添加新元素而自動增加，但是增長算法并 沒有定義。當需要插入大量元素時，在插入前可以調用ensureCapacity方法來增加ArrayList的容量以提高插入效率。

    和LinkedList一樣，ArrayList也是非同步的（unsynchronized）。

Vector類

    Vector非常類似ArrayList，但是Vector是同步的。由Vector建立的Iterator，雖然和ArrayList建立的 Iterator是同一接口，但是，因為Vector是同步的，當一個Iterator被建立而且正在被使用，另一個線程改變了Vector的狀态（例如，添加或删除了一些元素），這時調用Iterator的方法時将抛出ConcurrentModificationException，是以必須捕獲該異常。

Stack 類

    Stack繼承自Vector，實作一個後進先出的堆棧。Stack提供5個額外的方法使得Vector得以被當作堆棧使用。基本的push和pop方 法，還有peek方法得到棧頂的元素，empty方法測試堆棧是否為空，search方法檢測一個元素在堆棧中的位置。Stack剛建立後是空棧。

Set接口

    Set繼承自Collection接口。Set是一種不能包含有重複元素的集合，即對于滿足e1.equals(e2)條件的e1與e2對象元素，不能同時存在于同一個Set集合裡，換句話說，Set集合裡任意兩個元素e1和e2都滿足e1.equals(e2)==false條件，Set最多有一個null元素。

     因為Set的這個制約，在使用Set集合的時候，應該注意：

    1，為Set集合裡的元素的實作類實作一個有效的equals(Object)方法。

    2，對Set的構造函數，傳入的Collection參數不能包含重複的元素。

    請注意：必須小心操作可變對象（Mutable Object）。如果一個Set中的可變元素改變了自身狀态導緻Object.equals(Object)=true将導緻一些問題。

HashSet類

    此類實作 Set 接口，由哈希表（實際上是一個 HashMap 執行個體）支援。它不保證集合的疊代順序；特别是它不保證該順序恒久不變。此類允許使用 null 元素。

    HashSet不是同步的，需要用以下語句來進行S同步轉換：

            Set s = Collections.synchronizedSet(new HashSet(...));

Map接口

    Map沒有繼承Collection接口。也就是說Map和Collection是2種不同的集合。Collection可以看作是（value）的集合，而Map可以看作是（key，value）的集合。

    Map接口由Map的内容提供3種類型的集合視圖，一組key集合，一組value集合，或者一組key-value映射關系的集合。

Hashtable類

    Hashtable繼承Map接口，實作一個key-value映射的哈希表。任何非空（non-null）的對象都可作為key或者value。

    添加資料使用put(key, value)，取出資料使用get(key)，這兩個基本操作的時間開銷為常數。

Hashtable 通過initial capacity和load factor兩個參數調整性能。通常預設的load factor 0.75較好地實作了時間和空間的均衡。增大load factor可以節省空間但相應的查找時間将增大，這會影響像get和put這樣的操作。

使用Hashtable的簡單示例如下，将1，2，3放到Hashtable中，他們的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)); 

要取出一個數，比如2，用相應的key：

Integer n = (Integer)numbers.get("two"); 

System.out.println("two =" + n); 

    由于作為key的對象将通過計算其散列函數來确定與之對應的value的位置，是以任何作為key的對象都必須實作hashCode和equals方 法。hashCode和equals方法繼承自根類Object，如果你用自定義的類當作key的話，要相當小心，按照散列函數的定義，如果兩個對象相 同，即obj1.equals(obj2)=true，則它們的hashCode必須相同，但如果兩個對象不同，則它們的hashCode不一定不同，如 果兩個不同對象的hashCode相同，這種現象稱為沖突，沖突會導緻操作哈希表的時間開銷增大，是以盡量定義好的hashCode()方法，能加快哈希 表的操作。

    如果相同的對象有不同的hashCode，對哈希表的操作會出現意想不到的結果（期待的get方法傳回null），要避免這種問題，隻需要牢記一條：要同時複寫equals方法和hashCode方法，而不要隻寫其中一個。

    Hashtable是同步的。

HashMap類

    HashMap和Hashtable類似，不同之處在于HashMap是非同步的，并且允許null，即null value和null key。，但是将HashMap視為Collection時（values()方法可傳回Collection），其疊代子操作時間開銷和HashMap 的容量成比例。是以，如果疊代操作的性能相當重要的話，不要将HashMap的初始化容量設得過高，或者load factor過低。

WeakHashMap類

    WeakHashMap是一種改進的HashMap，它對key實行“弱引用”，如果一個key不再被外部所引用，那麼該key可以被GC回收。

對集合操作的工具類

    Java提供了java.util.Collections，以及java.util.Arrays類簡化對集合的操作

    java.util.Collections主要提供一些static方法用來操作或建立Collection，Map等集合。

    java.util.Arrays主要提供static方法對數組進行操作。。

總結

    如果涉及到堆棧，隊列等操作，應該考慮用List，對于需要快速插入，删除元素，應該使用LinkedList，如果需要快速随機通路元素，應該使用ArrayList。

    如果程式在單線程環境中，或者通路僅僅在一個線程中進行，考慮非同步的類，其效率較高，如果多個線程可能同時操作一個類，應該使用同步的類。

    在除需要排序時使用TreeSet,TreeMap外,都應使用HashSet,HashMap,因為他們 的效率更高。

    要特别注意對哈希表的操作，作為key的對象要正确複寫equals和hashCode方法。

    容器類僅能持有對象引用（指向對象的指針），而不是将對象資訊copy一份至數列某位置。一旦将對象置入容器内，便損失了該對象的型别資訊。

    盡量傳回接口而非實際的類型，如傳回List而非ArrayList，這樣如果以後需要将ArrayList換成LinkedList時，用戶端代碼不用改變。這就是針對抽象程式設計。

注意：

1、Collection沒有get()方法來取得某個元素。隻能通過iterator()周遊元素。

2、Set和Collection擁有一模一樣的接口。

3、List，可以通過get()方法來一次取出一個元素。使用數字來選擇一堆對象中的一個，get(0)...。(add/get)

4、一般使用ArrayList。用LinkedList構造堆棧stack、隊列queue。

5、Map用 put(k,v) / get(k)，還可以使用containsKey()/containsValue()來檢查其中是否含有某個key/value。

      HashMap會利用對象的hashCode來快速找到key。

6、Map中元素，可以将key序列、value序列單獨抽取出來。

使用keySet()抽取key序列，将map中的所有keys生成一個Set。

使用values()抽取value序列，将map中的所有values生成一個Collection。

為什麼一個生成Set，一個生成Collection？那是因為，key總是獨一無二的，value允許重複。

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本文結合了幾篇網上文章并摘錄而成的：