java集合框架简介

集合框架图

集合框架图

Collection与Map内部详细

Java集合框架主要包括两种类型的容器，一种是集合（Collection），存储一个元素集合，另一种是图（Map），存储键/值对映射。Collection接口又有3种子类型，List、Set和Queue，再下面是一些抽象类，最后是具体实现类，常用的有ArrayList、LinkedList、HashSet、LinkedHashSet、HashMap、LinkedHashMap等等。

Collection接口

Collection接口是处理对象集合的根接口，其中定义了很多对元素进行操作的方法，AbstractCollection是提供Collection部分实现的抽象类。

Collection接口里面定义的方法

• size(): int
• isEmpty: boolean
• contains(Object): bollean
• iterator(): Iterator
• toArray(): Object[]
• toArray(T[]): T[]
• add(E): boolean
• remove(Object) : boolean
• containsAll(Collection ): boolean
• removeAll(Collection): boolean
• removeIf(Predicate): boolean
• retainAll(Collection):boolean
• clear(): void
• equals(Object) : boolean
• hashCCode(): int
• spliterator(): Spliterator
• stream(): Stream
• parallelStream(): Steam

List接口

List可以定义一个允许重复的有序集合，List接口主要是增加了面向位置的操作，允许在指定位置上操作元素，同时增加了一个能够双向遍历线性表的新列表迭代器ListIterator。AbstractList类提供了List接口的部分实现，AbstractSequentialList扩展自AbstractList，主要是提供对链表的支持。可能最常用的类，ArrayList和LinkedList

• ArrayList
  用动态数组存储元素，这个数组可以动态创建，如果元素个数超过了数组的容量，那么就创建一个更大的新数组，并将当前数组中的所有元素都复制到新数组中。

• LinkedList
  LinkedList是在一个链表中存储元素。

• ArrayList与LinkedList的差异
  若只对单条数据插入或删除，ArrayList的速度反而优于LinkedList。但若是批量随机的插入删除数据，LinkedList的速度大大优于ArrayList. 因为ArrayList每插入一条数据，要移动插入点及之后的所有数据。
  对于随机访问get和set，ArrayList觉得优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针。查找操作indexOf,lastIndexOf,contains等，两者差不多。
  ArrayList线程不安全，查询块，因为是数组来构成的。

Set接口

Set接口扩展自Collection，它与List的不同之处在于，规定Set的实例不包含重复的元素。在一个规则集内，一定不存在两个相等的元素。AbstractSet是一个实现Set接口的抽象类，Set接口有三个具体实现类，分别是散列集HashSet、链式散列集LinkedHashSet和树形集TreeSet。

• HashSet散列集
  散列集HashSet是一个用于实现Set接口的具体类，可以使用它的无参构造方法来创建空的散列集，也可以由一个现有的集合创建散列集。在散列集中，有两个名词需要关注，初始容量和客座率。客座率是确定在增加规则集之前，该规则集的饱满程度，当元素个数超过了容量与客座率的乘积时，容量就会自动翻倍。输出的时候是无序的，跟add()添加元素的顺序无关。

• LinkedHashSet链式散列集
  LinkedHashSet是用一个链表实现来扩展HashSet类，它支持对规则集内的元素排序。HashSet中的元素是没有被排序的，而LinkedHashSet中的元素可以按照它们插入规则集的顺序提取。

• TreeSet树形集
  TreeSet扩展自AbstractSet，并实现了NavigableSet，AbstractSet扩展自AbstractCollection，树形集是一个有序的Set，其底层是一颗树，这样就能从Set里面提取一个有序序列了。在实例化TreeSet时，我们可以给TreeSet指定一个比较器Comparator来指定树形集中的元素顺序。

Queue接口

队列是一种先进先出的数据结构，元素在队列末尾添加，在队列头部删除。Queue接口扩展自Collection，并提供插入、提取、检验等操作。

Queue接口方法

• add(E):
  增加一个元索,如果队列已满，则抛出一个IIIegaISlabEepeplian异常
• offer(E):bolean
  添加一个元素并返回true,如果队列已满，则返回false
• poll(): E
  移除并返问队列头部的元素,如果队列为空，则返回null
• remove(): E
  移除并返回队列头部的元素,如果队列为空，则抛出一个NoSuchElementException异常
• peek(): E
  返回队列头部的元素,如果队列为空，则返回null
• element(): E
  返回队列头部的元素,如果队列为空，则抛出一个NoSuchElementException异常

接口Deque，是一个扩展自Queue的双端队列，它支持在两端插入和删除元素，因为LinkedList类实现了Deque接口，所以通常我们可以使用LinkedList来创建一个队列。PriorityQueue类实现了一个优先队列，优先队列中元素被赋予优先级，拥有高优先级的先被删除。

Map接口

Map是一种存储键值对映射的容器类，在Map中键可以
任意类型的对象，但不能有重复的键，每个键都对应一个值，真正存储在图中的是键值构成的条目。

• Map存储元素使用put方法，Collection使用add方法
• Map集合没有直接取出元素的方法，而是先转成Set集合，在通过迭代获取元素
• Map集合中键要保证唯一性

HashMap

HashMap是基于哈希表的Map接口的非同步实现，继承自AbstractMap，AbstractMap是部分实现Map接口的抽象类。JDK1.8中，HashMap采用数组+链表+红黑树实现，当链表长度超过阈值（8）时，将链表转换为红黑树，这样大大减少了查找时间。
HashMap：线程不安全，速度快，允许存放null键。

关于HashMap与HashTable

相同：他们都是集合类，用来存放java对象。

区别：

1. 历史原因
   Hashtable是基于陈旧的Dictionary类的，HashMap是jdk1.2之后引入的一个基于Map接口的一个实现。
2. 同步性
   Hashtable是线程同步的，而HashMap不是，他是异步的。因而Hashtable是线程安全的，HashMap非线程安全。当然因为线程安全，所以执行效率低，HashMap非线程安全则执行效率高，速度快。（如:多个线程去同时请求一个程序（如服务器），则如果是线程安全则会用到锁的概念，在程序响应一个线程的时候会将该程序锁定，让其他过来响应的线程等待，并且是按序等待，所以他是安全的，不会造成程序崩溃）。如果不用到线程安全，则应该首选HaspMap，这样运行效率会高一些。
3. 值
   HaspMap可以将空值null作为key或者value。但Hashtable是不能的。
4. 方法
   HashMap把Hashtable的contains方法去掉了，改成containsvalue和containsKey；因为contains方法容易让人引起误解。

LinkedMap

LinkedHashMap继承自HashMap，它主要是用链表实现来扩展HashMap类，HashMap中条目是没有顺序的，但是在LinkedHashMap中元素既可以按照它们插入图的顺序排序，也可以按它们最后一次被访问的顺序排序。

TreeMap

TreeMap基于红黑树数据结构的实现，键值可以使用Comparable或Comparator接口来排序。TreeMap继承自AbstractMap，同时实现了接口NavigableMap，而接口NavigableMap则继承自SortedMap。SortedMap是Map的子接口，使用它可以确保图中的条目是排好序的。

在实际使用中，如果更新图时不需要保持图中元素的顺序，就使用HashMap，如果需要保持图中元素的插入顺序或者访问顺序，就使用LinkedHashMap，如果需要使图按照键值排序，就使用TreeMap。

Iterator迭代器

迭代器是一种设计模式，它是一个对象，它可以遍历并选择序列中的对象，而开发人员不需要了解该序列的底层结构。迭代器通常被称为“轻量级”对象，因为创建它的代价小。并且只能单向移动

迭代器可用与Collection框架内的所有类型的集合，由图可以看出Collection是继承了Iterator的。

• 为什么要用迭代器
  一方面，迭代器的开销开销比较小，在访问集合对象时候能节省内存
  另一方面，通过for循环来访问集合对象的时候，不能对集合对象进行删操作，而迭代器可以。

Iterarot与ListIterator不同

1. 使用范围不同，Iterator可以应用于所有的集合，Set、List和Map和这些集合的子类型。而ListIterator只能用于List及其子类型。
2. ListIterator有add方法，可以向List中添加对象，而Iterator不能。
3. ListIterator和Iterator都有hasNext()和next()方法，可以实现顺序向后遍历，但是ListIterator有hasPrevious()和previous()方法，可以实现逆向（顺序向前）遍历。Iterator不可以。
4. ListIterator可以定位当前索引的位置，nextIndex()和previousIndex()可以实现。Iterator没有此功能。
5. 都可实现删除操作，但是ListIterator可以实现对象的修改，set()方法可以实现。Iterator仅能遍历，不能修改。