Java集合框架

Posted 2021-10-21 ttflove

整个Java集合框架图如下所示。线比较多，但各个接口及实现类之间的关系还是比较清楚的。

1 集合和数组的区别

（1）长度区别。数组长度不可变，集合长度可变。

（2）内容区别。数组可以存储基本数据类型和对象引用，集合只能存储对象引用。

（3）数组只能存储同一类型的元素，集合可以存储不同类型的元素。

 

2 Java集合体系间的继承关系

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。

（1）Collection

继承关系如下图所示，常用的实现类有ArrayList，LinkedList，HashSet，LinkedHashSet。

Collection集合的方法如下图所示：

（2）Map

Map保存的每项数据都是键值对（key-value），Map中的key是不可重复的，key用于标识集合里的每项数据。

其中，HashMap和TreeMap是经常用到的实现类。

 

3.List和Set详解

（1）List和Set的区别

 此外，

List和Set都继承自Collection接口，Map则不是 。

Set：检索元素效率低下，删除和插入效率高，插入和删除不会引起元素位置改变。 
List：和数组类似，List可以动态增长，查找元素效率高，插入删除元素效率低，因为会引起其他元素位置改变。

（2）List

常用实现类：

（1）ArrayList：底层数据结构是数组，地址连续，查询快，增删慢，线程不安全，效率高，可以存储重复元素 。
（2）LinkedList 底层数据结构是链表，地址不连续，查询慢，增删快，线程不安全，效率高，可以存储重复元素 。
（3）Vector:底层数据结构是数组，查询快，增删慢，线程安全，效率低，可以存储重复元素 。

List适用场景分析： 
当需要对数据进行多次访问的情况下选用ArrayList，当需要对数据进行多次增加删除修改时采用LinkedList。

ArrayList和Vector都是用数组实现的，主要有这么三个区别：
（1）.Vector是多线程安全的，线程安全就是说多线程访问同一代码，不会产生不确定的结果。而ArrayList不是，这个可以从源码中看出，Vector类中的方法很多有synchronized进行修饰，这样就导致了Vector在效率上无法与ArrayList相比；
（2）两个都是采用的线性连续空间存储元素，但是当空间不足的时候，两个类的增加方式是不同。
*（3）*Vector可以设置增长因子，而ArrayList不可以。 
*（4）*Vector是一种老的动态数组，是线程同步的，效率很低，一般不赞成使用。

（3）Set

 3.1 HashSet底层数据结构采用哈希表实现，元素无序且唯一，线程不安全，效率高，可以存储null元素，元素的唯一性是靠所存储元素类型是否重写hashCode()和equals()方法来保证的，如果没有重写这两个方法，则无法保证元素的唯一性。 

具体实现唯一性的比较过程：存储元素首先会使用hash()算法函数生成一个int类型hashCode散列值，然后已经的所存储的元素的hashCode值比较，如果hashCode不相等，则所存储的两个对象一定不相等，此时存储当前的新的hashCode值处的元素对象；如果hashCode相等，存储元素的对象还是不一定相等，此时会调用equals()方法判断两个对象的内容是否相等，如果内容相等，那么就是同一个对象，无需存储；如果比较的内容不相等，那么就是不同的对象，就该存储了，此时就要采用哈希的解决地址冲突算法，在当前hashCode值处类似一个新的链表， 在同一个hashCode值的后面存储存储不同的对象，这样就保证了元素的唯一性。
Set的实现类的集合对象中不能够有重复元素，HashSet也一样他是使用了一种标识来确定元素的不重复，HashSet用一种算法来保证HashSet中的元素是不重复的， HashSet采用哈希算法，底层用数组存储数据。默认初始化容量16，加载因子0.75。
Object类中的hashCode()的方法是所有子类都会继承这个方法，这个方法会用Hash算法算出一个Hash（哈希）码值返回，HashSet会用Hash码值去和数组长度取模， 模（这个模就是对象要存放在数组中的位置）相同时才会判断数组中的元素和要加入的对象的内容是否相同，如果不同才会添加进去。
Hash算法是一种散列算法。
Set hs=new HashSet();

hs.add(o);
|
o.hashCode();
|
o%当前总容量 (0–15)
|
| 不发生冲突
是否发生冲突—————–直接存放
|
| 发生冲突
| 假（不相等）
o1.equals(o2)——————-找一个空位添加
|
| 是（相等）
不添加
覆盖hashCode()方法的原则：
1、一定要让那些我们认为相同的对象返回相同的hashCode值
2、尽量让那些我们认为不同的对象返回不同的hashCode值，否则，就会增加冲突的概率。
3、尽量的让hashCode值散列开（两值用异或运算可使结果的范围更广）
HashSet 的实现比较简单，相关HashSet的操作，基本上都是直接调用底层HashMap的相关方法来完成，我们应该为保存到HashSet中的对象覆盖hashCode()和equals()，因为再将对象加入到HashSet中时，会首先调用hashCode方法计算出对象的hash值，接着根据此hash值调用HashMap中的hash方法，得到的值& (length-1)得到该对象在hashMap的transient Entry[] table中的保存位置的索引，接着找到数组中该索引位置保存的对象，并调用equals方法比较这两个对象是否相等，如果相等则不添加，注意：所以要存入HashSet的集合对象中的自定义类必须覆盖hashCode(),equals()两个方法，才能保证集合中元素不重复。在覆盖equals()和hashCode()方法时， 要使相同对象的hashCode()方法返回相同值，覆盖equals()方法再判断其内容。为了保证效率，所以在覆盖hashCode()方法时， 也要尽量使不同对象尽量返回不同的Hash码值。

如果数组中的元素和要加入的对象的hashCode()返回了相同的Hash值（相同对象）,才会用equals()方法来判断两个对象的内容是否相同。
3.2 LinkedHashSet底层数据结构采用链表和哈希表共同实现，链表保证了元素的顺序与存储顺序一致，哈希表保证了元素的唯一性。线程不安全，效率高。 

3.3 TreeSet底层数据结构采用二叉树来实现，元素唯一且已经排好序；唯一性同样需要重写hashCode和equals()方法，二叉树结构保证了元素的有序性。根据构造方法不同，分为自然排序（无参构造）和比较器排序（有参构造），自然排序要求元素必须实现Compareable接口，并重写里面的compareTo()方法，元素通过比较返回的int值来判断排序序列，返回0说明两个对象相同，不需要存储；比较器排需要在TreeSet初始化是时候传入一个实现Comparator接口的比较器对象，或者采用匿名内部类的方式new一个Comparator对象，重写里面的compare()方法。

set适用场景分析

HashSet是基于Hash算法实现的，其性能通常都优于TreeSet。为快速查找而设计的Set，我们通常都应该使用HashSet，在我们需要排序的功能时，我们才使用TreeSet。 

 

4 Map详解

Map 没有继承 Collection 接口， Map 提供 key 到 value 的映射，你可以通过“键”查找“值”。一个 Map 中不能包含相同的 key ，每个 key 只能映射一个 value 。 Map 接口提供 3 种集合的视图， Map 的内容可以被当作一组 key 集合，一组 value 集合，或者一组 key-value 映射。
（1）Map的主要方法

 

 （2）HashMap和HashTable的比较

（2）TreeMap：

 

适用场景分析：
HashMap和HashTable:HashMap去掉了HashTable的contains方法，但是加上了containsValue()和containsKey()方法。

HashTable同步的，而HashMap是非同步的，效率上比HashTable要高。HashMap允许空键值，而HashTable不允许。

HashMap：适用于Map中插入、删除和定位元素。
Treemap：适用于按自然顺序或自定义顺序遍历键(key)。

5.线程安全集合类与非线程安全集合类 LinkedList、ArrayList、HashSet是非线程安全的，Vector是线程安全的;
HashMap是非线程安全的，HashTable是线程安全的;
StringBuilder是非线程安全的，StringBuffer是线程安全的。

 

参考书目及博客：略。