Collection类集

Posted 2020-10-19 andywu

 

 

 

1.Collection接口

Collection是最基本的集合接口，一个Collection代表一组Object，即Collection的元素（Elements）。一些Collection允许相同的元素而另一些不行。一些能排序而另一些不行。Java SDK不提供直接继承自Collection的类，Java SDK提供的类都是继承自Collection的“子接口”如List和Set。 

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： 

Iterator it = collection.iterator(); // 获得一个迭代子 

while(it.hasNext()) { 

Object obj = it.next(); // 得到下一个元素 

} 

 

2.List接口

ArrayList从其命名中可以看出它是一种类似数组的形式进行存储，因此它的随机访问速度极快。而LinkedList的内部实现是链表，它适合于在链表中间需要频繁进行插入和删除操作。在具体应用时可以根据需要自由选择。前面说的Iterator只能对容器进行向前遍历，而ListIterator则继承了Iterator的思想，并提供了对List进行双向遍历的方法。

除了具有Collection接口必备的iterator()方法外，List还提供一个listIterator()方法，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。 

2.1LinkedList类

由双向链表实现存储。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是非现场安全的，可以如此构造现场安全的同步的列表：    List list =Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));

2.2ArrayList类

ArrayList实现了可变大小的数组。它允许所有元素，包括null。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）。

2.3Vector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。

2.4Stack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。

 

2.5List接口各实现类的区别

ArrayList 、stack和Vector是采用数组方式存储数据，此数组元素数大于实际存储的数据以便增加和插入元素，都允许直接序号索引元素，但是插入数据要设计到数组元素移动等内存操作，所以索引数据快插入数据慢

Vector由于使用了synchronized方法（线程安全）所以性能上比ArrayList要差，

LinkedList使用双向链表实现存储，按序号索引数据需要进行向前或向后遍历，但是插入数据时只需要记录本项的前后项即可，所以插入数度较快！

在《Practical Java》一书中Peter Haggar建议使用一个简单的数组（Array）来代替Vector或ArrayList。尤其是对于执行效率要求高的程序更应如此。因为使用数组(Array)避免了同步、额外的方法调用和不必要的重新分配空间的操作。

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。

 

3.Set接口

它的常用具体实现有HashSet和TreeSet类。HashSet能快速定位一个元素，但是你放到HashSet中的对象需要实现hashCode()方法，它使用了前面说过的哈希码的算法。而TreeSet则将放入其中的元素按序存放，这就要求你放入其中的对象是可排序的，这就用到了集合框架提供的另外两个实用类Comparable和Comparator。一个类是可排序的，它就应该实现Comparable接口。有时多个类具有相同的排序算法，那就不需要在每分别重复定义相同的排序算法，只要实现Comparator接口即可。

集合框架中还有两个很实用的公用类：Collections和Arrays。Collections提供了对一个Collection容器进行诸如排序、复制、查找和填充等一些非常有用的方法，Arrays则是对一个数组进行类似的操作。

请注意：必须小心操作可变对象（MutableObject）。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。

 

4.Map接口

键不允许重复，有两种比较常用的实现：HashMap和TreeMap。HashMap也用到了哈希码的算法，以便快速查找一个键，TreeMap则是对键按序存放，因此它便有一些扩展的方法，比如firstKey(),lastKey()等，你还可以从TreeMap中指定一个范围以取得其子Map。

4.1Hashtable类

是线程安全的，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。Hashtable通过initialcapacity和load factor两个参数调整性能。通常缺省的load factor0.75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。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。 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。 

4.2HashMap类

是线程不安全的，并且允许null，即null value和null key。

和Hashtable的区别

Hashtable和HashMap类有四个重要的不同之处。

第一：Hashtable是基于陈旧的Dictionary类的，HashMap是Java 1.2引进的Map接口的一个实现。 

第二：为一个HashMap提供外同步的方便方法就是利用Collections类的静态的synchronizedMap()方法，它创建一个线程安全的Map对象，但是同步增加了很多处理费用。 

第三：只有HashMap可以让你将空值作为一个表的条目的key或value。HashMap中只有一条记录可以是一个空的key，但任意数量的条目可以是空的value。这就是说，如果在表中没有发现搜索键，或者如果发现了搜索键，但它是一个空的值，那么get()将返回null。如果有必要，用containKey()方法来区别这两种情况。 

第四：HashTable使用Enumeration，HashMap使用Iterator来迭代

 

4.3 TreeMap

底层使用了红黑树来实现

4.4WeakHashMap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。

4.5Properties 

有时侯，你可能想用一个hashtable来映射key的字符串到value的字符串。Java提供了另外一种方法。 Java.util.Properties类是Hashtable的一个子类，设计用于String keys和values。Properties对象的用法同Hashtable的用法相象，但是类增加了两个节省时间的方法，你应该知道。  Store()方法把一个Properties对象的内容以一种可读的形式保存到一个文件中。Load()方法正好相反，用来读取文件，并设定Properties对象来包含keys和values。 

Collections常用方法      
              // 将所有元素从一个列表复制到另一个列表  
             Collections.copy(new ArrayList(), new ArrayList());  
             // 如果两个指定collection中没有相同的元素,则返回 true  
             Collections.disjoint(new ArrayList(), new ArrayList());  
             // 使用指定元素替换指定列表中的所有元素  
             Collections.fill(new ArrayList(), new Object());  
             // 返回指定 collection 中等于指定对象的元素数  
             Collections.frequency(new ArrayList(), new Object());  
             // 返回指定源列表中第一次出现指定目标列表的起始位置,如果没有出现这样的列表,则返回 -1  
             Collections.indexOfSubList(new ArrayList(), new ArrayList());  
             // 根据元素的自然顺序，返回给定 collection 的最大元素  
             Collections.max(new ArrayList());  
             // //根据元素的自然顺序，返回给定 collection 的最大元素  
             Collections.min(new ArrayList());  
             // 使用另一个值替换列表中出现的所有某一指定值  
             Collections.replaceAll(new ArrayList(), "oldVal", "newVal");  
             // 反转指定列表中元素的顺序  
             Collections.reverse(new ArrayList());  
             // 返回一个比较器,它强行反转  
             Collections.reverseOrder();  
             // 返回一个比较器,它强行反转指定比较器的顺序  
             Collections.reverseOrder(new Comparator() {  
                 @Override  
                 public int compare(Object o1, Object o2) {  
                     return 0;  
                 }  
             });  
             // 使用默认随机源随机更改指定列表的序列  
             Collections.shuffle(new ArrayList());  
             // 根据元素的自然顺序对指定列表按升序进行排序  
             Collections.sort(new ArrayList());  
             // 根据元素的自然顺序对指定列表按降序进行排序  
             Collections.sort(new ArrayList(), Collections.reverseOrder());  
             // 在指定列表的指定位置处交换元素  
             Collections.swap(new ArrayList(), 1, 2);  

 

 5. Queue

　　PriorityQueue 类实质上维护了一个有序列表。加入到 Queue 中的元素根据它们的天然排序（通过其 java.util.Comparable 实现）或者根据传递给构造函数的 java.util.Comparator 实现来定位。
　　ConcurrentLinkedQueue 是基于链接节点的、线程安全的队列。并发访问不需要同步。因为它在队列的尾部添加元素并从头部删除它们，所以不需要知道队列的大小，对公共集合的共享访问就可以工作得很好。收集关于队列大小的信息会很慢，需要遍历队列。

阻塞队列类：实质上就是一种带有一点扭曲的 FIFO 数据结构。不是立即从队列中添加或者删除元素，线程执行操作阻塞，直到有空间或者元素可用。五个队列所提供的各有不同：
　　* ArrayBlockingQueue ：一个由数组支持的有界队列。
　　* LinkedBlockingQueue ：一个由链接节点支持的可选有界队列。
　　* PriorityBlockingQueue ：一个由优先级堆支持的无界优先级队列。
　　* DelayQueue ：一个由优先级堆支持的、基于时间的调度队列。
　　* SynchronousQueue ：一个利用 BlockingQueue 接口的简单聚集（rendezvous）机制。