Collection和Map总结

一、定义

集合框架是为表示和操作集合而规定的一种统一的标准的体系结构

在java中的集合框架主要分为两部分：Collection接口和Map接口。

二、用法

（一）集合框架涉及的数据结构

1.数据结构分类

数据结构分类

• 线性表是在内存中数据的一种组织、存储的方式；一维数组、顺序表、链表、栈、队列，循环队列、散列表等结构是逻辑上的概念，是一种理念与思想，是属于线性表中的一种逻辑实现。

• Java中数据结构涉及到了数组（一维、多维）、顺序表（ArrayList、Vector）、链表（LinkedArrayList、LinkedSet）、栈（stack）、队列（Queue）、散列表（HashMap）、树（TreeSet、TreeMap）等

（二）集合框架图谱

1.集合框架主要实现类

集合框架

2.集合框架类图

集合框架类图

• 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。

• 为什么继承Iterable接口而不继承Iterator?

因为Iterator接口的核心方法next()或者hasNext()是依赖于迭代器的当前迭代位置的。 如果Collection直接实现Iterator接口，势必导致集合对象中包含当前迭代位置的数据(指针)，当集合在不同方法间被传递时，由于当前迭代位置不可预置，那么next()方法的结果会变成不可预知。 除非再为Iterator接口添加一个reset()方法，用来重置当前迭代位置。 但即使这样，Collection也只能同时存在一个当前迭代位置，而Iterable则不然，每次调用都会返回一个从头开始计数的迭代器。 多个迭代器是互不干扰的。

不同的Collection接口的子接口的实现类返回的Iterator具体类型可能不同，Array可能返回ArrayIterator，Set可能返回 SetIterator，Tree可能返回TreeIterator，但是它们都实现了Iterator接口。因此，客户端不关心到底是哪种 Iterator，它只需要获得这个Iterator接口即可，这就是面向对象的威力。

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   
}

（三）Collection接口

1.List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。和下面要提到的Set不同，List允许有相同的元素。除了具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。

• ArrayList

ArrayList实现了可变大小的数组，它允许所有元素，包括null。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）。

• LinkedList

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）,可以认为LinkedList在方法和逻辑上和ArrayList是一样的

只是在性能上有一定的区别，ArrayList适合随机访问LinkedList更适合插入和删除，在对性能没有很大要求是是可以忽略这个差别的。

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：

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

• Vector

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。

ArrayList 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！

• Stack

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.Set接口

Set是一种不包括重复元素的Collection。它维持它自己的内部排序，所以随机访问没有任何意义。与List一样，它同样运行null的存在但是仅有一个。由于Set接口的特殊性，所有传入Set集合中的元素都必须不同，同时要注意任何可变对象，如果在对集合中元素进行操作时，导致e1.equals(e2)==true，则必定会产生某些问题。实现了Set接口的集合有：EnumSet、HashSet、TreeSet。

• HashSet

HashSet堪称查询速度最快的集合，因为其内部是以HashCode来实现的。
它内部元素的顺序是由哈希码来决定的，所以它不保证set 的迭代顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。

• TreeSet

基于TreeMap，生成一个总是处于排序状态的set，内部以TreeMap来实现。
它是使用元素的自然顺序对元素进行排序，或者根据创建Set 时提供的Comparator进行排序，具体取决于使用的构造方法。

• LinkedHashSet

底层是链表实现的,是set集合中唯一一个能保证怎么存就怎么取的集合对象，因为是HashSet的子类,所以也是保证元素唯一的,与HashSet的原理一样。

3.Queue接口

1）阻塞式队列（BlockingQueue）：队列满了以后再插入元素则会抛出异常
主要包括ArrayBlockQueue、PriorityBlockingQueue、LinkedBlockingQueue。

2）双端队列（Deque）:支持在头、尾两端插入和移除元素
主要包括：ArrayDeque、LinkedBlockingDeque、LinkedList。

（四）Map接口

Map与List、Set接口不同，它是由一系列键值对组成的集合，提供了key到Value的映射。同时它也没有继承Collection。在Map中它保证了key与value之间的一一对应关系。也就是说一个key对应一个value，所以它不能存在相同的key值，当然value值可以相同。实现map的有：HashMap、TreeMap、Hashtable、Properties、EnumMap。

• HashMap

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。

• TreeMap

键以某种排序规则排序，内部以red-black（红-黑）树数据结构实现，实现了SortedMap接口

• Hashtable

 Hashtable继承Dictionary类实现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。Hashtable是同步的。

注：原文地址：https://blog.csdn.net/mohedong/article/details/46442833