java集合类

java集合类框架的基本接口有哪些？

答：Collection：代表一组对象，每一个对象都是它的子元素

Set：不包括重复元素的Collection

List：有顺序的Collection，并且可以包含重复元素

Map：可以把键（key）映射到值（value）的对象，键不能重复

下面是详细解释：

转自：牛客网

（一）总共有两大接口：Collection和Map，一个是元素集合，一个是键值对集合。

（二）其中List接口和Set接口继承了Collection接口，一个是有序元素集合，一个是无序元素集合

（三）ArrayList类和LinkList类实现了List接口

（3.1）ArrayList底层采用数组存储，因此适合查询，不适合增删

（3.2）LinkList底层采用双向链表，适合增删，不适合查询

（四）HashSet（哈希表、散列表）实现了Set接口

（五）TreeSet实现了SortedSet接口（图上没画出来）。无序，不可重复，但可按照元素大小自动排序，或者自定义排序方法

（六）HashMap和HashTable实现了Map，其中HashTable是线程安全的，但是HashMap性能更好

（七）TreeMap实现了SortedMap接口（图上没画出来）。无序，不可重复，但可按照元素大小自动排序或者自定义排序方法

1. 如何权衡是使用无序的数组还是有序的数组？

有序数组最大的好处在于查找的时间复杂度是O(log n)，而无序数组是O(n)。有序数组的缺点是插入操作的时间复杂度是O(n)，因为值大的元素需要往后移动来给新元素腾位置。相反，无序数组的插入时间复杂度是常量O(1)。

2. Java集合类框架的最佳实践有哪些？

• 根据应用的需要正确选择要使用的集合的类型对性能非常重要，比如：假如元素的大小是固定的，而且能事先知道，我们就应该用Array而不是ArrayList。
• 有些集合类允许指定初始容量。因此，如果我们能估计出存储的元素的数目，我们可以设置初始容量来避免重新计算hash值或者是扩容。
• 为了类型安全，可读性和健壮性的原因总是要使用泛型。同时，使用泛型还可以避免运行时的ClassCastException。
• 使用JDK提供的不变类(immutable class)作为Map的键可以避免为我们自己的类实现hashCode()和equals()方法。
• 编程的时候接口优于实现。
• 底层的集合实际上是空的情况下，返回长度是0的集合或者是数组，不要返回null。

3. HashSet和TreeSet有什么区别？

HashSet是由一个hash表来实现的，因此，它的元素是无序的。add()，remove()，contains()方法的时间复杂度是O(1)。

另一方面，TreeSet是由一个树形的结构来实现的，它里面的元素是有序的。因此，add()，remove()，contains()方法的时间复杂度是O(logn)。

4. ArrayList和LinkedList有什么区别？

ArrayList和LinkedList都实现了List接口，他们有以下的不同点：

• ArrayList是基于索引的数据接口，它的底层是数组。它可以以O(1)时间复杂度对元素进行随机访问。与此对应，LinkedList是以元素列表的形式存储它的数据，每一个元素都和它的前一个和后一个元素链接在一起，在这种情况下，查找某个元素的时间复杂度是O(n)。

• 相对于ArrayList，LinkedList的插入，添加，删除操作速度更快，因为当元素被添加到集合任意位置的时候，不需要像数组那样重新计算大小或者是更新索引。

• LinkedList比ArrayList更占内存，因为LinkedList为每一个节点存储了两个引用，一个指向前一个元素，一个指向下一个元素。

数组(Array)和列表(ArrayList)有什么区别？什么时候应该使用Array而不是ArrayList？

5. 下面列出了Array和ArrayList的不同点：

• Array可以包含基本类型和对象类型，ArrayList只能包含对象类型。
• Array大小是固定的，ArrayList的大小是动态变化的。
• ArrayList提供了更多的方法和特性，比如：addAll()，removeAll()，iterator()等等。
• 对于基本类型数据，集合使用自动装箱来减少编码工作量。但是，当处理固定大小的基本数据类型的时候，这种方式相对比较慢。

6. HashMap和Hashtable有什么区别？

• HashMap和Hashtable都实现了Map接口，因此很多特性非常相似。但是，他们有以下不同点：
• HashMap允许键和值是null，而Hashtable不允许键或者值是null。
• Hashtable是同步的，而HashMap不是。因此，HashMap更适合于单线程环境，而Hashtable适合于多线程环境。
• HashMap提供了可供应用迭代的键的集合，因此，HashMap是快速失败的。另一方面，Hashtable提供了对键的列举(Enumeration)。

7. Java中的HashMap的工作原理是什么？

Java中的HashMap是以键值对(key-value)的形式存储元素的。HashMap需要一个hash函数，它使用hashCode()和equals()方法来向集合/从集合添加和检索元素。当调用put()方法的时候，HashMap会计算key的hash值，然后把键值对存储在集合中合适的索引上。如果key已经存在了，value会被更新成新值。HashMap的一些重要的特性是它的容量(capacity)，负载因子(load factor)和扩容极限(threshold resizing)。

Collection

来源于Java.util包，是非常实用常用的数据结构!!!!!字面意思就是容器。具体的继承实现关系如下图，先整体有个印象，再依次介绍各个部分的方法，注意事项，以及应用场景。

 

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collection主要方法:

boolean add(Object o)添加对象到集合
boolean remove(Object o)删除指定的对象
int size()返回当前集合中元素的数量
boolean contains(Object o)查找集合中是否有指定的对象
boolean isEmpty()判断集合是否为空
Iterator iterator()返回一个迭代器
boolean containsAll(Collection c)查找集合中是否有集合c中的元素
boolean addAll(Collection c)将集合c中所有的元素添加给该集合
void clear()删除集合中所有元素
void removeAll(Collection c)从集合中删除c集合中也有的元素
void retainAll(Collection c)从集合中删除集合c中不包含的元素
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collection主要子接口对象：

 

├List(抽象接口，可重复有序)

list主要方法：
void add(int index,Object element)在指定位置上添加一个对象
boolean addAll(int index,Collection c)将集合c的元素添加到指定的位置
Object get(int index)返回List中指定位置的元素
int indexOf(Object o)返回第一个出现元素o的位置.
Object remove(int index)删除指定位置的元素
Object set(int index,Object element)用元素element取代位置index上的元素,返回被取代的元素
void sort()
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1.List主要子接口对象

 

│├LinkedList没有同步方法


│├ArrayList非同步的（unsynchronized）

│└Vector(同步) 非常类似ArrayList，但是Vector是同步的 

    └Stack 记住 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。注意：Stack刚创建后是空栈。

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2.└Set不包含重复的元素
    HashSet
    SortSet
           TreeSet

另外：-Queue(继承collection)---Deque
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3.Map 

Map没有继承Collection接口，Map提供key到value的映射。

方法：

boolean equals(Object o)比较对象
boolean remove(Object o)删除一个对象
put(Object key,Object value)添加key和value

    ├Hashtable 任何非空（non-null）的对象。同步的

    ├HashMap  可空的对象。不同步的 ，但是效率高，较常用。 注：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。
           └WeakHashMap  改进的HashMap，它对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。
    SortMap---TreeMap

4.总结：
a.如果涉及到堆栈，队列（先进后出）等操作，应该考虑用List，对于需要快速插入，删除元素，应该使用LinkedList，如果需要快速随机访问元素，应该使用ArrayList。

b.如果程序在单线程环境中，或者访问仅仅在一个线程中进行，考虑非同步的类，其效率较高，如果多个线程可能同时操作一个类，应该使用同步的类。

c.要特别注意对哈希表的操作，作为key的对象要正确复写equals和hashCode方法。


d.尽量返回接口而非实际的类型，如返回List而非ArrayList，这样如果以后需要将ArrayList换成LinkedList时，客户端代码不用改变。这就是针对抽象编程。

e.ArrayList、HashSet/LinkedHashSet、PriorityQueue、LinkedList是线程不安全的，

    可以使用synchronized关键字，或者类似下面的方法解决:

   

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

5.几个面试常见问题：

 

1.Q:ArrayList和Vector有什么区别？HashMap和HashTable有什么区别？

   A:Vector和HashTable是线程同步的（synchronized）。性能上，ArrayList和HashMap分别比Vector和Hashtable要好。


2.Q:大致讲解java集合的体系结构
   A:List、Set、Map是这个集合体系中最主要的三个接口。
      其中List和Set继承自Collection接口。
      Set不允许元素重复。HashSet和TreeSet是两个主要的实现类。
      List有序且允许元素重复。ArrayList、LinkedList和Vector是三个主要的实现类。
      Map也属于集合系统，但和Collection接口不同。Map是key对value的映射集合，其中key列就是一个集合。key不能重复，但是value可以重复。HashMap、TreeMap和Hashtable是三个主要的实现类。
      SortedSet和SortedMap接口对元素按指定规则排序，SortedMap是对key列进行排序。


3.Q：Comparable和Comparator区别
    A:调用java.util.Collections.sort(List list)方法来进行排序的时候，List内的Object都必须实现了Comparable接口。
        java.util.Collections.sort(List list，Comparator c)，可以临时声明一个Comparator 来实现排序。
       

Collections.sort(imageList, new Comparator() {
           public int compare(Object a, Object b) {
               int orderA = Integer.parseInt( ( (Image) a).getSequence());
               int orderB = Integer.parseInt( ( (Image) b).getSequence());
               return orderA - orderB;
          }
       });

        如果需要改变排列顺序
        改成return orderb - orderA 即可。
 
6.其他注意点

     List接口对Collection进行了简单的扩充，它的具体实现类常用的有ArrayList和LinkedList。你可以将任何东西放到一个List容器中，并在需要时从中取出。ArrayList从其命名中可以看出它是一种类似数组的形式进行存储，因此它的随机访问速度极快，而LinkedList的内部实现是链表，它适合于在链表中间需要频繁进行插入和删除操作。在具体应用时可以根据需要自由选择。前面说的Iterator只能对容器进行向前遍历，而ListIterator则继承了Iterator的思想，并提供了对List进行双向遍历的方法。


     Set接口也是Collection的一种扩展，而与List不同的时，在Set中的对象元素不能重复，也就是说你不能把同样的东西两次放入同一个Set容器中。它的常用具体实现有HashSet和TreeSet类。HashSet能快速定位一个元素，但是你放到HashSet中的对象需要实现hashCode()方法，它使用了前面说过的哈希码的算法。而TreeSet则将放入其中的元素按序存放，这就要求你放入其中的对象是可排序的，这就用到了集合框架提供的另外两个实用类Comparable和Comparator。一个类是可排序的，它就应该实现Comparable接口。有时多个类具有相同的排序算法，那就不需要在每分别重复定义相同的排序算法，只要实现Comparator接口即可。集合框架中还有两个很实用的公用类：Collections和Arrays。Collections提供了对一个Collection容器进行诸如排序、复制、查找和填充等一些非常有用的方法，Arrays则是对一个数组进行类似的操作。


    Map是一种把键对象和值对象进行关联的容器，而一个值对象又可以是一个Map，依次类推，这样就可形成一个多级映射。对于键对象来说，像Set一样，一个Map容器中的键对象不允许重复，这是为了保持查找结果的一致性;如果有两个键对象一样，那你想得到那个键对象所对应的值对象时就有问题了，可能你得到的并不是你想的那个值对象，结果会造成混乱，所以键的唯一性很重要，也是符合集合的性质的。当然在使用过程中，某个键所对应的值对象可能会发生变化，这时会按照最后一次修改的值对象与键对应。对于值对象则没有唯一性的要求。你可以将任意多个键都映射到一个值对象上，这不会发生任何问题（不过对你的使用却可能会造成不便，你不知道你得到的到底是那一个键所对应的值对象）。Map有两种比较常用的实现：HashMap和TreeMap。HashMap也用到了哈希码的算法，以便快速查找一个键，TreeMap则是对键按序存放，因此它便有一些扩展的方法，比如firstKey(),lastKey()等，你还可以从TreeMap中指定一个范围以取得其子Map。键和值的关联很简单，用pub(Object key,Object value)方法即可将一个键与一个值对象相关联。用get(Object key)可得到与此key对象所对应的值对象。



     遍历Map的方式：

     a.//最常规的一种遍历方法，最常规就是最常用的，虽然不复杂，但很重要，这是我们最熟悉的，就不多说了！！  

public static void work(Map map) {

    Collection c = map.values();

    Iterator it = c.iterator();

    for (; it.hasNext();) {

        System.out.println(it.next());

    }

}

      b.// 利用keyset进行遍历，它的优点在于可以根据你所想要的key值得到你想要的 values，更具灵活性！！  

public static void workByKeySet(Map map) {

    Set key = map.keySet();

    for (Iterator it = key.iterator(); it.hasNext();) {

        String s = (String) it.next();

        System.out.println(map.get(s));

    }

}

  
     c.// 比较复杂的一种遍历在这里，暴力!!，它的灵活性太强了，想得到什么就能得到什么~~  

public static void workByEntry(Map map) {

    Set> set = map.entrySet();

    for (Iterator> it = set.iterator(); it
            .hasNext();) {

        Map.Entry entry = (Map.Entry) it
                .next();

        System.out.println(entry.getKey() + "—>" + entry.getValue());

    }

}

  
      d.//Map.Entry的另外一种简练写法(foreach遍历方式)  

public static void workByEntry(Map map) {

    Set> set = map.entrySet();

    for (Map.Entry me : set) {

        System.out.println(me.getKey() + "—>" + me.getValue());

    }


}

7.Queue

　　Queue和List有两个区别：

      前者有“队头”的概念，取元素、移除元素、均为对“队头”的操作（通常但不总是FIFO，即先进先出），

      而后者只有在插入时需要保证在尾部进行；前者对元素的一些同一种操作提供了两种方法，在特定情况下抛异常/返回特殊值——add()/offer()、remove()/poll()、element()/peek()。不难想到，在所谓的两种方法中，抛异常的方法完全可以通过包装不抛异常的方法来实现，这也是AbstractQueue所做的。

　　Deque接口继承了Queue，但是和AbstractQueue没有关系。Deque同时提供了在队头和队尾进行插入和删除的操作。

       PriorityQueue

 　　PriorityQueue用于存放含有优先级的元素，插入的对象必须可以比较。该类内部同样封装了一个数组。与其抽象父类AbstractQueue不同，PriorityQueue的offer()方法在插入null时会抛空指针异常——null是无法与其他元素比较通常意义下的优先级的；此外，add()方法是直接包装了offer()，没有附加的行为。
　　由于其内部的数据结构是数组的缘故，很多操作都需要先把元素通过indexOf()转化成对应的数组下标，再进行进一步的操作，如remove()、removeEq()、contains()等。其实这个数组保持优先级队列的方式，是采用堆(Heap)的方式，具体可以参考任意一本算法书籍，比如《算法导论》等，这里就不展开解释了。和堆的特性有关，在寻找指定元素时，必须从头至尾遍历，而不能使用二分查找。

       LinkedList


　　LinkedList既是List，也是Queue(Deque)，其原因是它是双向的，内部的元素(Entry)同时保留了上一个和下一个元素的引用。使用头部的引用header，取其previous，就可以获得尾部的引用。通过这一转换，可以很容易实现Deque所需要的行为。也正因此，可以支持栈的行为，天生就有push()和pop()方法。简而言之，是Java中的双向链表，其支持的操作和普通的双向链表一样。
　　和数组不同，根据下标查找特定元素时，只能遍历地获取了，因而在随机访问时效率不如ArrayList。尽管如此，作者还是尽可能地利用了LinkedList的特性做了点优化，尽量减少了访问次数：

    

private Entry entry(int index) {
        if (index < 0 || index >= size)
            throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+
                                                ", Size: "+size);
        Entry e = header;
        if (index < (size >> 1)) {
            for (int i = 0; i <= index; i++)
                e = e.next;
        } else {
            for (int i = size; i > index; i--)
                e = e.previous;
        }
        return e;
    }

　　LinkedList对首部和尾部的插入都支持，但继承自Collection接口的add()方法是在尾部进行插入。