Java容器详解

以前没有详细研究，现在写一个总结，查漏补缺

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List

有序的 collection（也称为序列）。此接口的用户可以对列表中每个元素的插入位置进行精确地控制。用户可以根据元素的整数索引（在列表中的位置）访问元素，并搜索列表中的元素。
与 set 不同，列表通常允许重复的元素。更确切地讲，列表通常允许满足 e1.equals(e2) 的元素对 e1 和 e2，并且如果列表本身允许 null 元素的话，通常它们允许多个 null 元素。难免有人希望通过在用户尝试插入重复元素时抛出运行时异常的方法来禁止重复的列表，但我们希望这种用法越少越好。

ArrayList

public class ArrayList 
extends AbstractList 
implements List, RandomAccess, Cloneable, Serializable

List 接口的大小可变数组的实现。实现了所有可选列表操作，并允许包括 null 在内的所有元素。除了实现 List 接口外，此类还提供一些方法来操作内部用来存储列表的数组的大小。（此类大致上等同于 Vector 类，除了此类是不同步的。）
size、isEmpty、get、set、iterator 和 listIterator 操作都以固定时间运行。add 操作以分摊的固定时间 运行，也就是说，添加 n 个元素需要 O(n) 时间。其他所有操作都以线性时间运行（大体上讲）。与用于 LinkedList 实现的常数因子相比，此实现的常数因子较低。
每个 ArrayList 实例都有一个容量。该容量是指用来存储列表元素的数组的大小。它总是至少等于列表的大小。随着向 ArrayList 中不断添加元素，其容量也自动增长。并未指定增长策略的细节，因为这不只是添加元素会带来分摊固定时间开销那样简单。
在添加大量元素前，应用程序可以使用 ensureCapacity 操作来增加 ArrayList 实例的容量。这可以减少递增式再分配的数量。
注意，此实现不是同步的。如果多个线程同时访问一个 ArrayList 实例，而其中至少一个线程从结构上修改了列表，那么它必须保持外部同步。

LinkedList

public class LinkedList
extends AbstractSequentialList
implements List, Deque, Cloneable, Serializable

List 接口的链接列表实现。实现所有可选的列表操作，并且允许所有元素（包括 null）。除了实现 List 接口外，LinkedList 类还为在列表的开头及结尾 get、remove 和 insert 元素提供了统一的命名方法。这些操作允许将链接列表用作堆栈、队列或双端队列。
此类实现 Deque 接口，为 add、poll 提供先进先出队列操作，以及其他堆栈和双端队列操作。
所有操作都是按照双重链接列表的需要执行的。在列表中编索引的操作将从开头或结尾遍历列表（从靠近指定索引的一端)
注意，此实现不是同步的。如果多个线程同时访问一个链接列表，而其中至少一个线程从结构上修改了该列表，则它必须保持外部同步。

Vector

public class Vector
extends AbstractList
implements List, RandomAccess, Cloneable, Serializable

Vector 类可以实现可增长的对象数组。与数组一样，它包含可以使用整数索引进行访问的组件。但是，Vector 的大小可以根据需要增大或缩小，以适应创建 Vector 后进行添加或移除项的操作。
每个向量会试图通过维护 capacity 和 capacityIncrement 来优化存储管理。capacity 始终至少应与向量的大小相等；这个值通常比后者大些，因为随着将组件添加到向量中，其存储将按 capacityIncrement 的大小增加存储块。应用程序可以在插入大量组件前增加向量的容量；这样就减少了增加的重分配的量。
Vector 是同步的

Set

一个不包含重复元素的 collection。更确切地讲，set 不包含满足 e1.equals(e2) 的元素对 e1 和 e2，并且最多包含一个 null 元素。正如其名称所暗示的，此接口模仿了数学上的 set 抽象。

HashSet

public class HashSet
extends AbstractSet
implements Set, Cloneable, Serializable

此类实现 Set 接口，由哈希表（实际上是一个 HashMap 实例）支持。它不保证 set 的迭代顺序；特别是它不保证该顺序恒久不变。此类允许使用 null 元素。
此类为基本操作提供了稳定性能，这些基本操作包括 add、remove、contains 和 size，假定哈希函数将这些元素正确地分布在桶中。对此 set 进行迭代所需的时间与 HashSet 实例的大小（元素的数量）和底层 HashMap 实例（桶的数量）的“容量”的和成比例。因此，如果迭代性能很重要，则不要将初始容量设置得太高（或将加载因子设置得太低）。
注意，此实现不是同步的。如果多个线程同时访问一个哈希 set，而其中至少一个线程修改了该 set，那么它必须保持外部同步。

LinkedHashSet

public class LinkedHashSet
extends HashSet
implements Set, Cloneable, Serializable

具有可预知迭代顺序的 Set 接口的哈希表和链接列表实现。此实现与 HashSet 的不同之外在于，后者维护着一个运行于所有条目的双重链接列表。此链接列表定义了迭代顺序，即按照将元素插入到 set 中的顺序（插入顺序）进行迭代。注意，插入顺序不 受在 set 中重新插入的 元素的影响。（如果在 s.contains(e) 返回 true 后立即调用 s.add(e)，则元素 e 会被重新插入到 set s 中。）

此类提供所有可选的 Set 操作，并且允许 null 元素。与 HashSet 一样，它可以为基本操作（add、contains 和 remove）提供稳定的性能，假定哈希函数将元素正确地分布到存储段中。由于增加了维护链接列表的开支，其性能很可能会比 HashSet 稍逊一筹，不过，这一点例外：LinkedHashSet 迭代所需时间与 set 的大小 成正比，而与容量无关。HashSet 迭代很可能支出较大，因为它所需迭代时间与其容量 成正比。
链接的哈希 set 有两个影响其性能的参数：初始容量 和加载因子。它们与 HashSet 中的定义极其相同。注意，为初始容量选择非常高的值对此类的影响比对 HashSet 要小，因为此类的迭代时间不受容量的影响。
注意，此实现不是同步的。如果多个线程同时访问链接的哈希 set，而其中至少一个线程修改了该 set，则它必须 保持外部同步。

TreeSet

public class TreeSet
extends AbstractSet
implements NavigableSet, Cloneable, Serializable

基于 TreeMap 的 NavigableSet 实现。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。
此实现为基本操作（add、remove 和 contains）提供受保证的 log(n) 时间开销。
注意，如果要正确实现 Set 接口，则 set 维护的顺序（无论是否提供了显式比较器）必须与 equals 一致。（关于与 equals 一致 的精确定义，请参阅 Comparable 或 Comparator。）这是因为 Set 接口是按照 equals 操作定义的，但 TreeSet 实例使用它的 compareTo（或 compare）方法对所有元素进行比较，因此从 set 的观点来看，此方法认为相等的两个元素就是相等的。即使 set 的顺序与 equals 不一致，其行为也是 定义良好的；它只是违背了 Set 接口的常规协定。
注意，此实现不是同步的。如果多个线程同时访问一个 TreeSet，而其中至少一个线程修改了该 set，那么它必须 外部同步。

EnumSet>

public abstract class EnumSet>
extends AbstractSet
implements Cloneable, Serializable

与枚举类型一起使用的专用 Set 实现。枚举 set 中所有键都必须来自单个枚举类型，该枚举类型在创建 set 时显式或隐式地指定。枚举 set 在内部表示为位向量。此表示形式非常紧凑且高效。此类的空间和时间性能应该很好，足以用作传统上基于 int 的“位标志”的替换形式，具有高品质、类型安全的优势。如果其参数也是一个枚举 set，则批量操作（如 containsAll 和 retainAll）也应运行得非常快。
由 iterator 方法返回的迭代器按其自然顺序 遍历这些元素（该顺序是声明枚举常量的顺序）。返回的迭代器是弱一致的：它从不抛出 ConcurrentModificationException，也不一定显示在迭代进行时发生的任何 set 修改的效果。
不允许使用 null 元素。试图插入 null 元素将抛出 NullPointerException。但是，试图测试是否出现 null 元素或移除 null 元素将不会抛出异常。
像大多数 collection 实现一样，EnumSet 是不同步的。如果多个线程同时访问一个枚举 set，并且至少有一个线程修改该 set，则此枚举 set 在外部应该是同步的。

 Set s = Collections.synchronizedSet(EnumSet.noneOf(MyEnum.class));

Queue

在处理元素前用于保存元素的 collection。除了基本的 Collection 操作外，队列还提供其他的插入、提取和检查操作。每个方法都存在两种形式：一种抛出异常（操作失败时），另一种返回一个特殊值（null 或 false，具体取决于操作）。插入操作的后一种形式是用于专门为有容量限制的 Queue 实现设计的；在大多数实现中，插入操作不会失败。

ArrayDeque

public class ArrayDeque
extends AbstractCollection
implements Deque, Cloneable, Serializable

Deque 接口的大小可变数组的实现。数组双端队列没有容量限制；它们可根据需要增加以支持使用。它们不是线程安全的；在没有外部同步时，它们不支持多个线程的并发访问。禁止 null 元素。此类很可能在用作堆栈时快于 Stack，在用作队列时快于 LinkedList。
大多数 ArrayDeque 操作以摊销的固定时间运行。异常包括 remove、removeFirstOccurrence、removeLastOccurrence、contains、iterator.remove() 以及批量操作，它们均以线性时间运行。

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Map

将键映射到值的对象。一个映射不能包含重复的键；每个键最多只能映射到一个值。
Map 接口提供三种collection 视图，允许以键集、值集或键-值映射关系集的形式查看某个映射的内容。映射顺序 定义为迭代器在映射的

HashMap

public class HashMap
extends AbstractMap
implements Map, Cloneable, Serializable

基于哈希表的 Map 接口的实现。此实现提供所有可选的映射操作，并允许使用 null 值和 null 键。（除了非同步和允许使用 null 之外，HashMap 类与 Hashtable 大致相同。）此类不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。
此实现假定哈希函数将元素适当地分布在各桶之间，可为基本操作（get 和 put）提供稳定的性能。迭代 collection 视图所需的时间与 HashMap 实例的“容量”（桶的数量）及其大小（键-值映射关系数）成比例。所以，如果迭代性能很重要，则不要将初始容量设置得太高（或将加载因子设置得太低）。
HashMap 的实例有两个参数影响其性能：初始容量 和加载因子。容量 是哈希表中桶的数量，初始容量只是哈希表在创建时的容量。加载因子 是哈希表在其容量自动增加之前可以达到多满的一种尺度。当哈希表中的条目数超出了加载因子与当前容量的乘积时，则要对该哈希表进行 rehash 操作（即重建内部数据结构），从而哈希表将具有大约两倍的桶数。
通常，默认加载因子 (.75) 在时间和空间成本上寻求一种折衷。加载因子过高虽然减少了空间开销，但同时也增加了查询成本（在大多数 HashMap 类的操作中，包括 get 和 put 操作，都反映了这一点）。在设置初始容量时应该考虑到映射中所需的条目数及其加载因子，以便最大限度地减少 rehash 操作次数。如果初始容量大于最大条目数除以加载因子，则不会发生 rehash 操作。
如果很多映射关系要存储在 HashMap 实例中，则相对于按需执行自动的 rehash 操作以增大表的容量来说，使用足够大的初始容量创建它将使得映射关系能更有效地存储。
注意，此实现不是同步的。如果多个线程同时访问一个哈希映射，而其中至少一个线程从结构上修改了该映射，则它必须 保持外部同步。

Map m = Collections.synchronizedMap(new HashMap(...));

Hashtable

public class Hashtable
extends Dictionary
implements Map, Cloneable, Serializable

此类实现一个哈希表，该哈希表将键映射到相应的值。任何非 null 对象都可以用作键或值。
Hashtable 是同步的

LinkedHashMap

public class LinkedHashMap
extends HashMap
implements Map

Map 接口的哈希表和链接列表实现，具有可预知的迭代顺序。此实现与 HashMap 的不同之处在于，后者维护着一个运行于所有条目的双重链接列表。此链接列表定义了迭代顺序，该迭代顺序通常就是将键插入到映射中的顺序（插入顺序）。注意，如果在映射中重新插入 键，则插入顺序不受影响。（如果在调用 m.put(k, v) 前 m.containsKey(k) 返回了 true，则调用时会将键 k 重新插入到映射 m 中。）
此实现可以让客户避免未指定的、由 HashMap（及 Hashtable）所提供的通常为杂乱无章的排序工作，同时无需增加与 TreeMap 相关的成本。使用它可以生成一个与原来顺序相同的映射副本，而与原映射的实现无关：Map copy = new LinkedHashMap(m);
此类提供所有可选的 Map 操作，并且允许 null 元素。与 HashMap 一样，它可以为基本操作（add、contains 和 remove）提供稳定的性能，假定哈希函数将元素正确分布到桶中。由于增加了维护链接列表的开支，其性能很可能比 HashMap 稍逊一筹，不过这一点例外：LinkedHashMap 的 collection 视图迭代所需时间与映射的大小 成比例。HashMap 迭代时间很可能开支较大，因为它所需要的时间与其容量 成比例。
链接的哈希映射具有两个影响其性能的参数：初始容量和加载因子。它们的定义与 HashMap 极其相似。要注意，为初始容量选择非常高的值对此类的影响比对 HashMap 要小，因为此类的迭代时间不受容量的影响。
注意，此实现不是同步的。如果多个线程同时访问链接的哈希映射，而其中至少一个线程从结构上修改了该映射，则它必须 保持外部同步。

 Map m = Collections.synchronizedMap(new LinkedHashMap(...));

TreeMap

public class TreeMap
extends AbstractMap
implements NavigableMap, Cloneable, Serializable

基于红黑树（Red-Black tree）的 NavigableMap 实现。该映射根据其键的自然顺序进行排序，或者根据创建映射时提供的 Comparator 进行排序，具体取决于使用的构造方法。
此实现为 containsKey、get、put 和 remove 操作提供受保证的log(n)时间开销。这些算法是 Cormen、Leiserson 和 Rivest 的 Introduction to Algorithms 中的算法的改编。
注意，如果要正确实现 Map 接口，则有序映射所保持的顺序（无论是否明确提供了比较器）都必须与 equals 一致。（关于与 equals 一致 的精确定义，请参阅 Comparable 或 Comparator）。这是因为 Map 接口是按照 equals 操作定义的，但有序映射使用它的 compareTo（或 compare）方法对所有键进行比较，因此从有序映射的观点来看，此方法认为相等的两个键就是相等的。即使排序与 equals 不一致，有序映射的行为仍然是 定义良好的，只不过没有遵守 Map 接口的常规协定。
注意，此实现不是同步的。如果多个线程同时访问一个映射，并且其中至少一个线程从结构上修改了该映射，则其必须 外部同步。

SortedMap m = Collections.synchronizedSortedMap(new TreeMap(...));

未完待续...