Java集合框架List,Map,Set等全面介绍

简介: Java Collections Framework是Java提供的对集合进行定义,操作,和管理的包含一组接口,类的体系结构。   Java集合框架的基本接口/类层次结构: java.util.
Java Collections Framework是Java提供的对集合进行定义,操作,和管理的包含一组接口,类的体系结构。
 
Java集合框架的基本接口/类层次结构:

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]:类
 
Collection接口
    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。
    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:
  1. Iterator it = collection.iterator(); // 获得一个迭代子 
  2. while(it.hasNext()) { 
  3.   Object obj = it.next(); // 得到下一个元素 
    根据用途的不同,Collection又划分为List与Set。
 
List接口
    List继承自Collection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。
    跟Set集合不同的是,List允许有重复元素。对于满足e1.equals(e2)条件的e1与e2对象元素,可以同时存在于List集合中。当然,也有List的实现类不允许重复元素的存在。
    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。
 
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:
  1. 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(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继承自Collection接口。Set是一种不能包含有重复元素的集合,即对于满足e1.equals(e2)条件的e1与e2对象元素,不能同时存在于同一个Set集合里,换句话说,Set集合里任意两个元素e1和e2都满足e1.equals(e2)==false条件,Set最多有一个null元素。
     因为Set的这个制约,在使用Set集合的时候,应该注意:
    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。
 
    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。
 
HashSet类
    此类实现 Set 接口,由哈希表(实际上是一个 HashMap 实例)支持。它不保证集合的迭代顺序;特别是它不保证该顺序恒久不变。此类允许使用 null 元素。
    HashSet不是同步的,需要用以下语句来进行S同步转换:
            Set s = Collections.synchronizedSet(new HashSet(...));
 
Map接口
    Map没有继承Collection接口。也就是说Map和Collection是2种不同的集合。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种类型的集合视图,一组key集合,一组value集合,或者一组key-value映射关系的集合。
 
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”:
  1. Hashtable numbers = new Hashtable(); 
  2. numbers.put("one", new Integer(1)); 
  3. numbers.put("two", new Integer(2)); 
  4. numbers.put("three", new Integer(3)); 
要取出一个数,比如2,用相应的key:
  1. Integer n = (Integer)numbers.get("two"); 
  2. 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。
 
对集合操作的工具类
    Java提供了java.util.Collections,以及java.util.Arrays类简化对集合的操作
    java.util.Collections主要提供一些static方法用来操作或创建Collection,Map等集合。
    java.util.Arrays主要提供static方法对数组进行操作。。
 
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。
    在除需要排序时使用TreeSet,TreeMap外,都应使用HashSet,HashMap,因为他们 的效率更高。
    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。
 
    容器类仅能持有对象引用(指向对象的指针),而不是将对象信息copy一份至数列某位置。一旦将对象置入容器内,便损失了该对象的型别信息。
    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。
 
注意:
1、Collection没有get()方法来取得某个元素。只能通过iterator()遍历元素。
2、Set和Collection拥有一模一样的接口。
3、List,可以通过get()方法来一次取出一个元素。使用数字来选择一堆对象中的一个,get(0)...。(add/get)
4、一般使用ArrayList。用LinkedList构造堆栈stack、队列queue。
5、Map用 put(k,v) / get(k),还可以使用containsKey()/containsValue()来检查其中是否含有某个key/value。
      HashMap会利用对象的hashCode来快速找到key。
 
6、Map中元素,可以将key序列、value序列单独抽取出来。
使用keySet()抽取key序列,将map中的所有keys生成一个Set。
使用values()抽取value序列,将map中的所有values生成一个Collection。
为什么一个生成Set,一个生成Collection?那是因为,key总是独一无二的,value允许重复。
 
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本文结合了几篇网上文章并摘录而成的:
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