Java常用集合类功能、区别和性能

面试时时被集合类各种虐,现在就来总结一下Java的集合类及其区别。

Java集合框架的基本接口、类层级结果如下:
java.util.Collection[接口]
--java.util.List[接口]
--java.util.AarrayList
--java.util.LinkedList
--java.util.Vector
--java.util.Stack
--java.util.Set[接口]
--java.util.HashSet
--java.util.SortedSet[接口]
--java.util.TreeSet
--java.util.Queue
java.util.Map[接口]
--java.util.SortedMap[接口]
--java.util.TreeMap
--java.util.HashMap
--java.util.HashTable
--java.util.LinkedHashMap
--java.util.WeakHashMap

1.Collection

是最基本的集合类型,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共的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。

若要检查Collection中的元素,可以使用foreach进行遍历,也可以使用迭代器,Collection支持iterator()方法,通过该方法可以访问Collection中的每一个元素。用法如下:

Iterator it=collection.iterator();  
while(it.hasNext()){  
   Object obj=it.next();  
}  

Set和List是由Collection派生的两个接口

1.1 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。用户能够使用索引的位置来访问List中的元素,类似于Java数组。
List允许有相同的元素存在。
除了具有Collection接口必备的的iterator()方法外,还提供了listIterator()方法,放回一个 ListIterator接口。
实现List接口的常用类有LinkedList、ArrayList、Vector和Stack
1.1.1 LinkedList类


LinkedList实现了List类接口,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)
LinkedList没有同步方法。如果多个线程想访问同一个List,则必须自己实现访问同步。一种解决办法是在创建List时构造一个同步的List:
List list=Collection。synchronizedList(new LinkedList(...))
1.1.2 ArrayList类


ArrayList实现了可变大小的数组。它允许所有元素,包括null。ArrayList没有同步。
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(Capactity),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,在插入之前可以调用ensureCapacity()方法来增加ArrayList容量已提高插入效率
1.2Vector类


Vector非常类似ArrayList,当时Vector是同步的。由Vector创建的iterator,虽然和ArrayLsit创建的iterator是同一接口,但是,因为Vector是同步的,当一个iterator被创建而且这在被使用,另一个线程改变了Vector状态,这时调用iterator的方法时将抛出ConcurrentModificationException,因此必须捕获该异常。
1.3 Stack类


Stack继承自Vector,实现了一个后进先出的堆栈。Stack提供了5个额外的方法使得Vector得以被当做堆栈使用。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,serach方法检测一个元素在堆栈中的位置。Stack刚创建后是空栈。

1.4 Set接口

Set是一种不包含重复元素的Collection,即任意的两个元素e1和e2都有e1.equals(e2)=false,Set最多有一个null元素。
很明显,Set的构造函数有一个约束条件,传入的Collection参数不能包含重复的元素。
请注意:必须小心操作可变对象。如果一个Set中的可变元素改变了自身的状态导致Object.equals(Object)=true将导致一些问题

1.4.1 HashSet

HashSet调用对象的hashCode(),获得哈希码,然后在集合中计算存放对象的位置。通过比较哈希码与equals()方法来判别是否重复。所以,重载了equals()方法同时也要重载hashCode();

1.4.2 TreeSet

TreeSet 继承SortedSet接口,能够对集合中对象排序。默认排序方式是自然排序,但该方式只能对实现了Comparable接口的对象排序,java中对Integer、Byte、Double、Character、String等数值型和字符型对象都实现了该接口。

2 Map接口

Map没有继承Collection接口,Map提供key到value的映射。一个Map中不能包含相同的key,每个key只能映射一个value。Map接口提供了3中集合的视图,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。

2.1 HashTable类

HashTable继承Map接口,实现了一个key--value映射的哈希表。任何非空的对象都可作为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 caoacity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。增大了load factor可以节省空间但相应的查找时间将增大,这回影响像get和put这样的操作
HashTable是同步的

2.2 HashMap类

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,其迭子操作时间开销和HahMap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的初始化容量设的过高,或者load factor过低

2.3 WeakHashMap类

WeakHashMap是一种改进的HashMap,他对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

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