Java集合的总结

Posted 2020-10-15

参考博客：
　　http://www.jianshu.com/p/63e76826e852
　　http://www.cnblogs.com/LittleHann/p/3690187.html
　　https://github.com/pzxwhc/MineKnowContainer/issues/18
参数书籍
　　《java编程思想》 第十一章

一张图说明java集合类的组织关系 其中加粗的为常用集合类

 

从上面的集合框架图可以看到，Java集合框架主要包括两种类型的容器，一种是集合（Collection），存储一个元素集合，另一种是图（Map），存储键/值对映射。

Collection接口又有3种子类型，List、Set和Queue，再下面是一些抽象类，最后是具体实现类，常用的有ArrayList、LinkedList、HashSet、LinkedHashSet、HashMap、LinkedHashMap等等。

一：List集合

　List 接口是Collection 接口的一个子类，在Collection 基础上扩充了方法。同时可以对每个元素插入的位置进行精确的控制，它的主要实现类有 ArrayList，Vector，LinkedList。
 
1.1 ArrayList 

　　ArrayList 实现了 List 接口，意味着可以插入空值，也可以插入重复的值，非同步 ，它是 基于数组 的一个实现。从源码中的 DEFAULT_CAPACITY = 10 看出，其默认分配带下是长度为10的数组

　　 ArrayList 不适合 增删操作非常多的操作， 首先可以看到这句话： elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); 需要知道的是， Arrays.copyOf 函数的内部实现是再创建一个数组，然后把旧的数组的值一个个复制到新数组中。当经常增加操作的时候，容量不够的时候，就会进行上述的扩容操作，这样性能自然就下来了。 或者说，当我们在固定位置进行增删的时候，都会进行 System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, size - index); 也是非常低效的。

分析了低效出现的原因，那么我们就可以知道：如果我们需要经常进行特定位置的增删操作，那么最好还是不要用这个了，但是，如果我们基本上没有固定位置的增删操作，最好是要预估数据量的大小，然后再初始化最小容量，这样可以有效的避免扩容。如下代码：

　　　ArrayList<Integer> arrayList = new ArrayList<Integer>(20);

　　ArrayList总结：

1. 1. ArrayList 可以插入空值，也可以插入重复值
   2. ArrayList 是基于数组的时候，所以很多数组的特性也直接应用到了 ArrayList。
   3. ArrayList 的性能消耗主要来源于扩容和固定位置的增删。
   4. ArrayList 创建的时候 需要考虑是否要初始化最小容量，以此避免扩容带来的消耗。
   5. ArrayList不适合做 插入和删除操作
   6.  ArrayList 不是线程安全的

1.2 Vector

　　也是实现了 List 接口，所以也是 可以插入空值，可以插入重复的值。 它和 HashTable 一样，是属于一种同步容器，而不是一种并发容器。（参考《Java并发编程实战》，类似CopyOnWriteArrayList，ConcurrentHashMap这种就属于并发容器）

内部成员变量：

protected Object[] elementData;
public Vector() {
    this(10);
}

可以看到，也是基于 数组的实现，初始化也是 10 个容量。 那么，再来看看 add()方法是否和 ArrayList 相同。

public synchronized boolean add(E e) {
    modCount++;
    ensureCapacityHelper(elementCount + 1);
    elementData[elementCount++] = e;
    return true;
}

可以看到，和 ArrayList 也是一样的，只是加了 synchronized 进行同步， 其实很多其他方法都是通过加 synchronized 来实现同步。

Vector总结：

1. 可以插入空值，也可以插入重复值
2. 也是基于数组的时候，所以很多数组的特性也直接应用到了 Vector。
3. 性能消耗也主要来源于 扩容。
4. 创建的时候 需要考虑是否要初始化最小容量，以此避免扩容带来的消耗。
5. 相当于 ArrayList 的线程安全版本，实现同步的方式 是通过 synchronized。
6. Vector不适合做 插入和删除操作

1.3 LinkedList 

　　LinkedList 实现了 List 接口，所以LinkedList 也可以放入重复的值，也可以放入空值。LinkedList不支持同步。LinkedList 不同于ArrayList 和Vector，它是使用链表的数据结构，不再是数组。
当进行增删的时候，只需要改变指针，并不会像数组那样出现整体数据的大规模移动，复制等消耗性能的操作。
　　在学习数据结构的时候，我们知道链表和数组的最大区别在于它们对元素的存储方式的不同导致它们在对数据进行不同操作时的效率不同，ArrayList在做添加或者删除的时候 效率要低于linkedList 
但在做遍历操作的时候，ArrayList要好于LinkedList


二：Set

　　Set接口扩展自Collection，它与List的不同之处在于，规定Set的实例不包含重复的元素。在一个规则集内，一定不存在两个相等的元素。AbstractSet是一个实现Set接口的抽象类，Set接口有三个具体实现类，分别是散列集HashSet、链式散列集LinkedHashSet和树形集TreeSet。

set判断两个对象相同不是使用"=="运算符，而是根据equals方法

2.1 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。
  值得主要的是，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
2.2 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)
2.3 SortedSet    
   此接口主要用于排序操作，即实现此接口的子类都属于排序的子类
2.4 TreeSet

　　　TreeSet扩展自AbstractSet，并实现了NavigableSet，AbstractSet扩展自AbstractCollection，树形集是一个有序的Set，其底层是一颗树，这样就能从Set里面提取一个有序序列了。

　　　在实例化TreeSet时，我们可以给TreeSet指定一个比较器Comparator来指定树形集中的元素顺序。树形集中提供了很多便捷的方法。

2.5 EnumSet EnumSet是一个专门为枚举类设计的集合类，EnumSet中所有元素都必须是指定枚举类型的枚举值，该枚举类型在创建EnumSet时显式、或隐式地指定。EnumSet的集合元素也是有序的，
　　它们以枚举值在Enum类内的定义顺序来决定集合元素的顺序

三：Queue

　　ueue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。结合生活中常见的排队就会很好理解这个概念
 3.1PriorityQueue
      PriorityQueue并不是一个比较标准的队列实现，PriorityQueue保存队列元素的顺序并不是按照加入队列的顺序，而是按照队列元素的大小进行重新排序，这点从它的类名也可以
　　　　 看出来
 3.2 Deque
        Deque接口代表一个"双端队列"，双端队列可以同时从两端来添加、删除元素，因此Deque的实现类既可以当成队列使用、也可以当成栈使用
            3.2.1) ArrayDeque
            是一个基于数组的双端队列，和ArrayList类似，它们的底层都采用一个动态的、可重分配的Object[]数组来存储集合元素，当集合元素超出该数组的容量时，系统会在底层重
　　　　　　　新分配一个Object[]数组来存储集合元素
            3.2.2) LinkedList

四：map

实现类：HashMap、Hashtable、LinkedHashMap和TreeMap

HashMap

　　HashMap是最常用的Map，它根据键的HashCode值存储数据，根据键可以直接获取它的值，具有很快的访问速度，遍历时，取得数据的顺序完全是随机的。因为键对象不可以重复，所以HashMap最多只允许一条记录的键为Null，允许多条记录的值为null，是非同步的。

Hashtable

　　Hashtable与HashMap类似，是HashMap的线程安全版，它支持线程的同步，即任一时刻只有一个线程能写Hashtable，因此也导致了Hashtale在写入时会比较慢，他继承自Dictionary类，不同的是它不允许记录的键或者值为null，同时效率较低。

ConcurrentHashMap

　　线程安全，并且锁分离。ConcurrentHashMap内部使用段(Segment)来表示这些不同的部分，每个段其实就是一个小的hashtable，它们有自己的锁。只要多个修改操作发生在不同的段上，它们就可以并发进行。

LinkedHashMap

　　LinkedHashMap保存了记录的插入顺序，在用Iteraor遍历LinkedHashMap时，先得到的记录肯定是先插入的，在遍历的时候会比HashMap慢，有HashMap的全部特性。

TreeMap

　　TreeMap实现了SortMap接口，能够把它保存的记录根据键排序，默认是按键值的升序排序（自然顺序），也可以指定排序的比较器，当用Iterator遍历TreeMap时，得到的记录是排过序的。不允许key值为空，非同步的。