Java源码解析系列（一） Java集合框架

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Java集合简介：

 

Java集合工具包位于Java.util包下，包含了很多常用的数据结构，如数组、链表、栈、队列、集合、哈希表等。学习Java集合框架下大致可以分为如下五个部分：List列表、Set集合、Map映射、迭代器（Iterator、Enumeration）、工具类（Arrays、Collections）。

Java集合类的整体框架如下：

从上图中可以看出，集合类主要分为两大类：Collection和Map。

Collection是List、Set等集合高度抽象出来的接口，它包含了这些集合的基本操作，它主要又分为两大部分：List和Set。

List接口通常表示一个列表（数组、队列、链表、栈等），其中的元素可以重复，常用实现类为ArrayList和LinkedList，另外还有不常用的Vector。另外，LinkedList还是实现了Queue接口，因此也可以作为队列使用。

Set接口通常表示一个集合，其中的元素不允许重复（通过hashcode和equals函数保证），常用实现类有HashSet和TreeSet，HashSet是通过Map中的HashMap实现的，而TreeSet是通过Map中的TreeMap实现的。另外，TreeSet还实现了SortedSet接口，因此是有序的集合（集合中的元素要实现Comparable接口，并覆写Compartor函数才行）。 我们看到，抽象类AbstractCollection、AbstractList和AbstractSet分别实现了Collection、List和Set接口，这就是在Java集合框架中用的很多的适配器设计模式，用这些抽象类去实现接口，在抽象类中实现接口中的若干或全部方法，这样下面的一些类只需直接继承该抽象类，并实现自己需要的方法即可，而不用实现接口中的全部抽象方法。

Map是一个映射接口，其中的每个元素都是一个key-value键值对，同样抽象类AbstractMap通过适配器模式实现了Map接口中的大部分函数，TreeMap、HashMap、WeakHashMap等实现类都通过继承AbstractMap来实现，另外，不常用的HashTable直接实现了Map接口，它和Vector都是JDK1.0就引入的集合类。

Iterator是遍历集合的迭代器（不能遍历Map，只用来遍历Collection），Collection的实现类都实现了iterator()函数，它返回一个Iterator对象，用来遍历集合，ListIterator则专门用来遍历List。而Enumeration则是JDK1.0时引入的，作用与Iterator相同，但它的功能比Iterator要少，它只能再Hashtable、Vector和Stack中使用。

Arrays和Collections是用来操作数组、集合的两个工具类，例如在ArrayList和Vector中大量调用了Arrays.Copyof()方法，而Collections中有很多静态方法可以返回各集合类的synchronized版本，即线程安全的版本，当然了，如果要用线程安全的结合类，首选Concurrent并发包下的对应的集合类。

 

Collection接口简介：

Collection接口是Set,Queue,List的父接口。Collection接口中定义了多种方法可供其子类进行实现，以实现数据操作。下面直接把JDK文档上的内容搬过来。

 

 

Set集合简介：

Set集合与Collection集合基本相同，没有提供任何额外的方法。实际上Set就是Collection，只是行为略有不同（Set不允许包含重复元素）。
Set集合不允许包含相同的元素，如果试图把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，且新元素不会被加入。

 

List集合简介：

List集合代表一个元素有序、可重复的集合，集合中每个元素都有其对应的顺序索引。List集合允许使用重复元素，可以通过索引来访问指定位置的集合元素 。List集合默认按元素的添加顺序设置元素的索引，例如第一个添加的元素索引为0，第二个添加的元素索引为1......
List作为Collection接口的子接口，可以使用Collection接口里的全部方法。而且由于List是有序集合，因此List集合里增加了一些根据索引来操作集合元素的方法。

除此之外，Java 8还为List接口添加了如下两个默认方法。

void replaceAll(UnaryOperator operator):根据operator指定的计算规则重新设置List集合的所有元素。
void sort(Comparator c):根据Comparator参数对List集合的元素排序。

 

Queue集合简介：

 

Queue用户模拟队列这种数据结构，队列通常是指“先进先出”(FIFO，first-in-first-out)的容器。队列的头部是在队列中存放时间最长的元素，队列的尾部是保存在队列中存放时间最短的元素。新元素插入（offer）到队列的尾部，访问元素（poll）操作会返回队列头部的元素。通常，队列不允许随机访问队列中的元素。

Map集合简介：

Map用户保存具有映射关系的数据，因此Map集合里保存着两组数，一组值用户保存Map里的key,另一组值用户保存Map里的value，key和value都可以是任何引用类型的数据。Map的key不允许重复，即同一个Map对象的任何两个key通过equals方法比较总是返回false。
如下图所描述，key和value之间存在单向一对一关系，即通过指定的key,总能找到唯一的、确定的value。从Map中取出数据时，只要给出指定的key，就可以取出对应的value。

 

 

Map集合与Set集合、List集合的关系

1.与Set集合的关系
如果 把Map里的所有key放在一起看，它们就组成了一个Set集合（所有的key没有顺序，key与key之间不能重复），实际上Map确实包含了一个keySet()方法，用户返回Map里所有key组成的Set集合。
2.与List集合的关系
如果把Map里的所有value放在一起来看，它们又非常类似于一个List：元素与元素之间可以重复，每个元素可以根据索引来查找，只是Map中索引不再使用整数值，而是以另外一个对象作为索引。

 

Map中还包括一个内部类Entry，该类封装了一个key-value对。Entry包含如下三个方法：

Iterator简介：

Iterator接口经常被称作迭代器，它是Collection接口的父接口。但Iterator主要用于遍历集合中的元素。

 

 

 

 

 

参考链接：

https://github.com/francistao/LearningNotes/blob/master/Part2/JavaSE/Java%E9%9B%86%E5%90%88%E6%A1%86%E6%9E%B6.md

https://www.jianshu.com/p/589d58033841