Java-Collection集合和Map集合总结

本文欢迎转载，转载前请联系作者，经允许后方可转载。转载后请注明出处，谢谢！ http://blog.csdn.net/colton_null 作者：喝酒不骑马 Colton_Null from CSDN

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如果一个程序只有包含固定数量的且其生命周期都是已知的对象，那么这是一个非常简单的程序。

一、引言

我们在编程的时候，有时候在程序运行中需要根据当时的情况去创建对象，在此之前可能不知道对象的数量或者确切的类型。例如，我们在根据某些条件去查询数据库后，返回的条数不一定。那么这个时候，就需要用到一个东西（我们暂且称之为容器），用它来装载数量不固定的、类型不固定的对象。

数组的存在，可以解决其中一部分问题。数组是保存一组对象最有效的方式，如果你想保存一组基本数据类型，官方也是推荐使用这个方式去存储数据。但是数据的弊端是，它具有固定的大小。也就是说，在我们编写代码创建数组的时候，必须要给定数据的大小。给定后，这个数据的大小就不能被改变了。所以它麻烦在于我们有时候事先不知道需要存放都少对象（例如前面起到的查库，返回的条数不确定），而且一旦数组大小定小了，数组的存放个数还会受到限制。

于是，Java为我们提供了一套完整且好用的容器，来解决上述问题，我们称之为“集合”。

二、集合简介

集合类存放在java.util包中。主要的类型一共有四种：List（列表）、Set（集）、Queue（队列）、Map（映射）。其中主要有两大接口，分别是Collection和Map。其中List、Set、Queue实现了Collection接口。

偷一张图哈

这张图可以说非常经典了。

Tips：实线边框的是实现类，折线边框的是抽象类，而点线边框的是接口。带有空心箭头的点线表示一个特定的类实现了一个接口，实心箭头表示某个类可以生成箭头所指向类的对象。比如，Collection可以生成Iterator。

图中标粗的类（HashSet、ArrayList、LinkedList、HashMap）是比较常用的集合。

那么这些集合（容器）都是干什么用的呢？他们各自又有什么特性呢？

三、集合基本概念

首先在搞清楚常用集合之前，先说说有关集合的基本概念。

前面我们说到，在程序运行过程中，对于不确定数量、不确定类型的对象的存储，我们可以用集合来解决。也就是说，我们可以通过用这些集合，来方便的存储我们想要的对象。当然了，集合对对象的存储，并不是真正把对象塞到容器里来，那是通过什么方式存储对象的呢？这个我们后面再谈。

根据两大集合接口Collection和Map，我们可以把集合也分为两种不同的概念来探讨。

1.Collection。

它是一个序列，可以想象学校里学生们站排这个场景。每个学生就是一个对象，这个排就是一个Collection集合。不同的实现类，对于它所存储的对象的规则要求也不同。List、Queue须按照插入的顺序存储元素，而Set则不能有重复元素。这里简单说一下Queue，它实际上是对队列这种数据结构的一种实现，典型特性就是先进先出（FIFO）。Queue接口提供了offer(Object e)、peek()、poll()等方法对有关队列概念的操作进行实现。

2.Map。

它是一组成对的“键值对”对象，可以通过键来查找值。这就像班级的座位表，任课老师来班级上课，通过座位表上“第三排第五座”就能找到对应的学生“马叨叨”。最神奇的是，我们不光可以用类似“第三排第五座”这样的文字（String）来寻找值，我们也可用通过对象来寻找值。也就是说，Map中的键值都可以是对象。我们称这种对应关系为“映射表”。

四、常用集合总结

1.List

a.ArrayList

它在随机访问元素，即用角标查找数据的时候比较快，但是在元素的插入和删除操作上速度慢一些。

b.LinkedList

而LinkedList在元素插入删除操作上速度较快，但是在随机访问的操作上相对较慢。

对此，我编写了一段程序来测试这个说法。测试思路：分别用插入十万条数据到ArrayList和LinkedList中，以及十万条数据的随机读取，计算每次任务执行的时间差。

public class ListDemo {
    // 列表长度定义
    private static final int LIST_SIZE = 100000;

    public static void main(String[] args) {
        List arrayList = new ArrayList(LIST_SIZE);
        List linkedList = new LinkedList();

        // 测试arraylist增加数据时间
        long timestart1 = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(timestart1 + ":arrayList开始插入数据");
        for(int i = 0; i < LIST_SIZE; i++) {
            // 每次都将随机数插入到列表的第0位
            arrayList.add(0, Math.random());
        }
        long timeend1 = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(timeend1 + ":arrayList结束插入数据");
        System.out.println("时间差(ms)：" + (timeend1 - timestart1) + "\n");

        // 测试linkedlist增加数据时间
        long timestart2 = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(timestart2 + ":linkedlist开始插入数据");
        for(int i = 0; i < LIST_SIZE; i++) {
            // 每次都将随机数插入到列表的第0位
            linkedList.add(0, Math.random());
        }
        long timeend2 = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(timeend2 + ":linkedlist结束插入数据");
        System.out.println("时间差(ms)：" + (timeend2 - timestart2) + "\n");


        // 测试arrayList读取数据时间
        long timestart3 = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(timestart3 + ":arraylist开始读取数据");
        for(int i = 0; i < LIST_SIZE; i++) {
            arrayList.get((int) Math.random() * LIST_SIZE);
        }
        long timeend3 = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(timeend3 + ":arraylist结束读取数据");
        System.out.println("时间差(ms)：" + (timeend3 - timestart3) + "\n");

        // 测试linkedList读取数据时间
        long timestart4 = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(timestart4 + ":linkedlist开始读取数据");
        for(int i = 0; i < LIST_SIZE; i++) {
            linkedList.get((int) Math.random() * LIST_SIZE);
        }
        long timeend4 = System.currentTimeMillis();
        System.out.println(timeend4 + ":linkedlist结束读取数据");
        System.out.println("时间差(ms)：" + (timeend4 - timestart4) + "\n");
    }
}

最后的测试结果是如下图所示：

从图中我们可以看出，在元素插入的效率上，LinkedList要远快于ArrayList；在元素随机读取的效率上，ArrayList偏快一些。

那么为什么会这样呢？

实际上，ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构，而LinkedList基于链表的数据结构。对于随机访问get和set，ArrayList用数组角标定位元素，而LinkedList则要移动指针才能定位元素。 前者的时间复杂度为O(1)，后者为O(n)。

但对于插入和删除操作add和remove，LinkedList就占有一定的优势了，因为ArrayList要移动数据，而LinkedList修改指针指向就ok了。所以前者的增删操作时间复杂度为O(n)，后者为O(1)。

所以，我们要根据不同的场景，选择合适的List来完成我们的需要。当我们需要频繁随机读取数据时，首选ArrayList。当我们需要在列表中间频繁插入、移除数据时，首选LinkedList。

另外，LinkedList还添加了可以使其用作栈、队列或双向队列的方法。比如getFirst()、element()、peek()等。这些方法在Java API中都有详细的介绍。

2.Set

Set具有和Collection完全一样的接口，不像List。Set和List最大的区别在于，Set是唯一的、无序的。“唯一的”表示Set不保存重复的原色，“无序的”表示Set中元素的存储是没有顺序的，不过如果真想要保持元素的顺序可以用TreeSet。所以对于Set，最常被使用的简单应用就是测试归属性，即判断某个元素是不是在Set集合里。

对于Set，一般最常使用的就是HashSet，它专门对快速查找操作进行了优化。因为它的底层数据结构为散列表（即哈希表），有关散列的内容，我会在另外一篇文章中详细介绍。

3.Queue

通常情况下，LinkedList可以被用作Queue的一种实现，因为它实现了Queue的接口。不过还有一个类，叫PriorityQueue，它是一个比较标准的队列实现类，但不是绝对标准。因为PriorityQueue保存队列元素的顺序并不是按加入队列的顺序，而是按队列元素的大小进行重新排序。因此当调用peek()、pull()方法来取出队列中的元素时，并不是取出最先进入队列的元素，而是取出队列中最小的元素。这其实违背了先进先出(FIFO)规则。

4.Map

最后，终于到大家都熟悉的Map了。

a.HashMap

HashMap是最为常见的Map了，一般初学者学习的时候都是从HashMap开始，然后有些人就一直使用HashMap不知道其它MapleStory了……HashMap的是根据键的HashCode值来存储数据，根据键可以直接获取它的值，访问速度极快，但数据的存储是无序的。其底层数据结构在Java 1.8后为数组+链表+红黑树（之前是数据+链表，1.8后对结构进行了优化，在链表数量大于8后，用红黑树存储数据，体现就是查询速度更快了，有关这块的内容我也会用单独的篇幅来跟大家一起探讨）。

HashMap允许key和value都为null。

在线程安全方面，HashMap是线程不安全的。如果需要线程安全的Map，可以使用ConcurrentHashMap。

b.LinkedHashMap

LinkedHashMap保存了元素插入Map时的顺序。通常情况下，LinkedHashMap的遍历要慢于HashMap。当然也有特殊情况，比如在HashMap容量巨大但是存储数据较少的时候，遍历会慢于LinkedHashMap。因为LinkedHashMap遍历只和数据数量有关，与容量无关；而HashMap的遍历和它的容量有关。

c.TreeMap

TreeMap实现了SortMap接口，所以它可以根据键进行排序。它默认的排序规则是升序排序，当然开发者也可以指定排序比较器，修改排序规则。

有人可能会提到HashTable。HashTable与HashMap类似，不过它现在已经过时了，变成了遗留类而已。要说它的区别就是，它不允许key和value为null。另外它是个线程安全的Map。不过现在如果想要HashMap线程安全的话，建议使用ConcurrentHashMap。因为HashTable已经被淘汰了，当数据增加到一定程度的时候，效率太低。

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最后说一下前面丢出的一个问题。之前我们提到，集合对对象的存储，并不是把对象塞到容器中，那它是通过什么方式存储对象呢？实际上，集合中存放的是对象的引用，学过C语言同学可能会更好理解，这个引用可以理解为就是记录对象存放地址的指针。根据引用，我们就能找到对象在内存中的存放位置，从而获得对象。而并非在内存中把对象实际装载到某个容器中。

五、总结

1. Map保存的是相关联的键值对，而Collection保存的是单一的元素。
2. List和数组的区别在于，List能够自动扩充容量。
3. 对于Collection集合，需要唯一性我们要想到Set，根据排序与否选择TreeSet和HashSet。如果不需要唯一性则要想要List，如果查询多则使用ArrayList，增删多聚选择LinkedList。
4. 对于Queue、Stack等数据结构的实现，用LinkedList即可。
5. 对于Map集合。一般使用HashMap，如果需要排序则使用TreeMap，如果需要保持元素插入顺序则使用LinkedHashMap，如果需要线程安全的Map则使用ConcurrentHashMap。
6. 过时的类就不要使用了，比如HashTable、Vector、Stack等。

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站在前人的肩膀上前行，感谢以下博客及文献的支持。

Java中ArrayList和LinkedList区别 时间复杂度 与空间复杂度
java集合之Set与List总结
Java中的集合Queue、LinkedList、PriorityQueue(四)
《Java编程思想（第四版） 机械工业出版社》