Java容器类

1、首先来看写容器类关系图，帮助记忆：

• 虚线框表示抽象类；
• 实线框表示实体类；
• 点线带箭头表示实现了那个接口；
• 实线带箭头表示继承了那个类；
• 实体框代表常用的实体类

2、容器类持有对象方式：

Collection : 是最基本的集合接口。只允许每个位置上放一个对象。它包括“以一定顺序持有一组对象”的List，以及“只能允许添加不重复对象”的Set。你可以用add()方法向Collection对象中加元素。
Map : 请注意，Map没有继承Collection接口。Map提供key到value的映射，以（key,value）键值对的形式存在。一个Map中不能包含相同的key，每个key只能映射一个value。你可以用put()方法往Map里面加元素。

Collection 和 Collections的区别：

Collections（以及Arrays）是个java.util下的一个工具类，它包含有各种有关集合（或数组）操作的静态方法，实现对各种集合（或数组）的搜索、排序、线程安全化等操作。
Collection是个java.util下的接口，它是各种集合结构的父接口。继承自它的接口主要有Set 和List。

3、Iterable接口
Iterable是1.5引入的新特性，Iterator是1.2就有了，二者都是为了迭代造作，Iterable只是包装了Iterator,从而允许实现此接口的对象成为foreach语句的目标，而且这样的话，更方便以后的扩展。

比如List一族或者Set一族，都是实现了Iterable接口，但并不直接实现Iterator接口。

package java.util;
public interface Iterator {
    boolean hasNext();
    E next();
    void remove();
}

package java.lang;
import java.util.Iterator;
/**
 * Implementing this interface allows an object to be the target of
 * the "foreach" statement.
 * @since 1.5
 */
public interface Iterable {
    Iterator iterator();
}

4、Set接口
Set集合不允许包含相同的元素。如果试图将两个相同的元素加入同一个Set集合中，则添加操作失败，add方法返回false；
Set判断两个对象是否相同不是使用==运算符，而是根据equals方法。也就是说，只要两个对象用equals方法比较返回true，Set就不会接受这两个对象。

HashSet类: 是Set接口的一个子类，主要的特点是：里面不能存放重复元素，而且采用散列的存储方法，所以没有顺序。这里所说的没有顺序是指：元素插入的顺序与输出的顺序不一致。

HashSet有以下特点：

• 不能保证元素的排序顺序，顺序有可能发生变化。因为采用的是散列的存储方法；
• 不是同步的，如果有多个线程同时修改了HashSet集合时，必须通过代码来保证其同步；
• 集合元素可以是null,但只能放入一个null。

注意，如果要把一个对象放入HashSet中，重写该对象对应类的equals方法时，也应该重写其hashCode()方法。其规则是如果两个对象通过equals方法比较返回true时，其hashCode也应该相同。

这是因为两个对象通过equals()方法返回true，通过hashCode()方法返回不同的hashCode值时，这将导致HashSet会将两个这两个对象保存在HashSet的不同位置，从而两个对象都添加成功，这是不符合Set集合规则的。

如果两个对象通过equals()方法返回false，而通过hashCode()方法返回相同的hashCode值，HashSet试图将这两个对象保存在同一个位置，但实际上又不行（否则只剩下一个对象），所以也不行。

TreeSet类: TreeSet是SortedSet接口的唯一实现类，TreeSet可以确保集合元素处于排序状态。TreeSet支持两种排序方式，自然排序和定制排序，其中自然排序为默认的排序方式。向TreeSet中加入的对象，其类型应该相同，且实现了Comparable接口。

自然排序:
Java提供了一个Comparable接口，该接口里定义了一个compareTo(Object obj)方法，该方法返回一个整数值，实现该接口的类必须实现该方法，实现了该接口的类的对象就可以比较大小。

因为向TreeSet中添加元素时，TreeSet会调用集合元素的compareTo(Object obj)方法来比较元素之间大小关系。如果对应的类没有实现Comparable接口；或者不是同一个类的对象（或者不存在继承关系），则无法转化为相同的类型，调用compareTo(Object obj)方法来比较大小。这都将会引发ClassCastException异常。

当把一个对象加入TreeSet集合中时，TreeSet调用该对象的compareTo(Object obj)方法与容器中的其他对象比较大小，然后根据红黑树算法决定它的存储位置。如果两个对象通过compareTo(Object obj)比较相等，TreeSet即认为它们存储同一位置。

注意，当需要把一个对象放入TreeSet中时，重写该对象对应类的equals()方法时，应保证该方法与compareTo(Object obj)方法有一致结果，其规则是：如果两个对象通过equals方法比较返回true时，这两个对象通过compareTo（Object obj）方法比较应返回0.

如果两个对象通过equals方法比较返回true，但这两个对象通过compareTo(Object obj)方法比较不返回0时，这将导致TreeSet将会把这两个对象保存在不同位置，从而两个对象都可以添加成功，这与Set集合的规则有点出入。

如果两个对象通过compareTo(Object obj)方法比较返回0时，但它们通过equals方法比较返回false时将更麻烦：因为两个对象通过compareTo（Object obj）方法比较相等，TreeSet将试图把它们保存在同一个位置，但实际上又不行（否则将只剩下一个对象），所以处理起来比较麻烦。

定制排序:
TreeSet的自然排序是根据集合元素的大小，TreeSet将他们以升序排列。如果需要实现定制排序，例如降序，则可以使用Comparator接口。该接口里包含一个int compare（T o1， T o2）方法，该方法用于比较o1和o2的大小。

import java.util.Comparator;
import java.util.TreeSet;

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
    //传入实现了comparator接口的内部类，重写compare(T o1,T o2)方法
        TreeSet set = new TreeSet(
                new Comparator(){
                    @Override
                    public int compare(Integer o1, Integer o2) {
                        int m1 = (int)o1;
                        int m2 = (int)o2;
                        if(m1>m2){
                            return -1;
                        }else if(m1return 1;
                        }else{
                            return 0;
                        }                       
                    }                   
                }
            );
        set.add(9);set.add(-1);set.add(10);
        set.add(-3);set.add(19);set.add(0);
        for(Integer num:set){
            System.out.print(num+" ");
        }
    }
}

//输出结果为：19 10 9 0 -1 -3 

当使用定制排序时，加入到TreeSet中的对象可以不实现Comparator接口，但是在创建TreeSet对象时，传入了一个实现了Comparator接口匿名内部类，重写compare(T o1,T o2)方法。

LinkedHashSet类: LinkedHashSet集合同样是根据元素的hashCode值来决定元素的存储位置，但是它同时使用链表维护元素的次序。这样使得元素看起来像是以插入顺序保存的，也就是说，当遍历该集合时候，LinkedHashSet将会以元素的添加顺序访问集合的元素。
LinkedHashSet在迭代访问Set中的全部元素时，性能比HashSet好，但是插入时性能稍微逊色于HashSet。

4、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（元素在List中的位置，类似于数组下标）来访问List中的元素，这类似于Java的数组。List允许有相同的元素 。

ArrayList类: 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。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（Capacity），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，在插入前可以调用ensureCapacity方法来增加ArrayList的容量以提高插入效率。

ArrayList也是非同步的（unsynchronized）。

LinkedList类: 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）。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）。

注意：LinkedList没有同步方法。如果多个线程同时访问一个List，则必须自己实现访问同步。

Vector类: Vector非常类似ArrayList，但是Vector是同步的。由Vector创建的Iterator，虽然和ArrayList创建的Iterator是同一接口，但是，因为Vector是同步的，当一个Iterator被创建而且正在被使用，另一个线程改变了Vector的状态（例如,添加或删除某些元素），这时调用Iterator的方法时将抛出ConcurrentModificationException，因此必须捕获该异常。

Stack 类: Stack继承自Vector，实现一个后进先出的堆栈。Stack提供5个额外的方法使得Vector得以被当作堆栈使用。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，search方法检测一个元素在堆栈中的位置。Stack刚创建后是空栈。

ArrayList和Vector的区别：

1. 同步性: Vector是线程安全的，也就是说是同步的，而ArrayList是线程序不安全的，不是同步的。由Vector创建的Iterator，虽然和ArrayList创建的Iterator是同一接口，但是，因为Vector是同步的，当一个Iterator被创建而且正在被使用，另一个线程改变了Vector的状态（例如，添加或删除了一些元素），这时调用Iterator的方法时将抛出ConcurrentModificationException，因此必须捕获该异常；
2. 数据增长: 当需要增长时,Vector默认增长为原来一培，而ArrayList却是原来的一半。

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5、Map接口： 请注意，Map没有继承Collection接口，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3种集合的视图，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。

Hashtable类:
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。

注意，由于作为key的对象将通过计算其散列函数来确定与之对应的value的位置，因此任何作为key的对象都必须实现hashCode和equals方法。hashCode()和equals()方法继承自根类Object，如果你用自定义的类当作key的话，要相当小心，按照散列函数的定义，按照散列函数的定义，如果两个对象相同，即通过equals()返回true，则它们的hashCode必须相同。（HashSet类似）。牢记一条：要同时复写equals方法和hashCode方法，而不要只写其中一个。

HashMap类: HashMap和Hashtable类似，不同之处在于HashMap是非同步的；Hashtable不允许使用null作为key 和 Value，如果试图把null值放入Hashtable，将会引发NullPointerException异常；但是HashMap可以使用null作为key 和 value。由于HashMap里的key不能重复，所以Key-value对，最多只能有一项key为null，但可以有无数个value为空。

WeakHashMap类: WeakHashMap是一种改进的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。