Java中集合类用法总结

 

Collection

├List

│├LinkedList

│├ArrayList （异步，线程不安全，空间用完时自动增长原容量一半）

│└Vector （同步，线程安全，空间用完时自动增长原容量一倍）

│　└Stack

└Set

  ├HashSet

  └TreeSet

Map

├Hashtable

├HashMap

├WeakHashMap

└TreeMap

 

Map接口：
    |
    + -- WeakHashMap: 以弱键 实现的基于哈希表的 Map。在 WeakHashMap 中，当某个键不再正常使用时，将自动移除其条
    |      目。更精确地说，对于一个给定的键，其映射的存在并不阻止垃圾回收器对该键的丢弃，这就使该键成为可终止的，被终
    |      止，然后被回收。丢弃某个键时，其条目从映射中有效地移除，因此，该类的行为与其他的 Map 实现有所不同。此实现
    |      不是同步的。
    |
    + -- TreeMap:该映射根据其键的自然顺序进行排序，或者根据创建映射时提供的 Comparator 进行排序，具体取决于使用的
    |    构造方法。此实现不是同步的。
    |
    + -- HashMap:基于哈希表的 Map 接口的实现。此实现提供所有可选的映射操作，并允许使用 null 值和 null 键。（除了      
    |        非同步和允许使用 null 之外，HashMap 类与 Hashtable 大致相同。）此类不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺   
    |       序恒久不变。此实现不是同步的。
    |
    +-- SortedMap: 进一步提供关于键的总体排序 的 Map。该映射是根据其键的自然顺序进行排序的，或者根据通常在创建有
         序映射时提供的 Comparator 进行排序。对有序映射的 collection 视图（由 entrySet、keySet 和 values 方法返回
         ）进行迭代时，此顺序就会反映出来。要采用此排序方式，还需要提供一些其他操作（此接口是 SortedSet 的对应映
         射）。

 

Collection接口：
    |
    + -- Set接口:一个不包含重复元素的 collection。更正式地说，set 不包含满足 e1.equals(e2) 的元素对 e1 和 e2，并
    |      |     且最多包含一个 null 元素。正如其名称所暗示的，此接口模仿了数学上的 set 抽象。
    |      |
    |      + -- HashSet:此类实现 Set 接口，由哈希表（实际上是一个 HashMap 实例）支持。它不保证 set 的迭代顺序；
    |      |    特别是它不保证该顺序恒久不变。此类允许使用 null 元素。此类为基本操作提供了稳定性能，此实现不是同
    |      |    步的。
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    |      + -- LinkedHashSet:具有可预知迭代顺序的 Set 接口的哈希表和链接列表实现。此实现与 HashSet 的不同之外在
    |      |    于，后者维护着一个运行于所有条目的双重链接列表。此链接列表定义了迭代顺序，即按照将元素插入到 set
    |      |    中 的顺序（插入顺序）进行迭代。注意，插入顺序不 受在 set 中重新插入的 元素的影响。此实现不是同步
    |      |    的。
    |      |
    |      + -- TreeSet:基于 TreeMap 的 NavigableSet 实现。使用元素的自然顺序对元素进行排序，或者根据创建 set 时
    |           提供的 Comparator 进行排序，具体取决于使用的构造方法。此实现为基本操作（add、remove 和 contains）
    |           提供受保证的 log(n) 时间开销。此实现不是同步的。
    |
    + -- List接口:有序的 collection（也称为序列）。此接口的用户可以对列表中每个元素的插入位置进行精确地控制。用户
           |      可以根据元素的整数索引（在列表中的位置）访问元素，并搜索列表中的元素。
           |
           + -- ArrayList: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。
           |    除了实现 List 接口外，此类还提供一些方法来操作内部用来存储列表的数组的大小。（此类大致上等同于
           |    Vector 类，除了此类是不同步的。）每个 ArrayList 实例都有一个容量。该容量是指用来存储列表元素的数
           |    组的大小。它总是至少等于列表的大小。随着向 ArrayList 中不断添加元素，其容量也自动增长。并未指定增
           |    长策略的细节，因为这不只是添加元素会带来分摊固定时间开销那样简单。此实现不是同步的。
           |
           + -- LinkedList: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）。除了实
           |    现 List 接口外，LinkedList 类还为在列表的开头及结尾 get、remove 和 insert 元素提供了统一的命名方
           |    法。这些操作允许将链接列表用作堆栈、队列或双端队列。提供先进先出队列操作(FIFO)。此实现不是同步的。
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           + -- Vector:Vector 类可以实现可增长的对象数组。与数组一样，它包含可以使用整数索引进行访问的组件。但是
                ，Vector 的大小可以根据需要增大或缩小，以适应创建 Vector 后进行添加或移除项的操作。此实现是同步的.

 

1.       Collection的功能

下面这张表给出了Collection的所有功能，也就是你能用Set和List做什么事（不包括从Object自动继承过来的方法）。（List还有一些额外的功能。）Map不是继承Collection的，所以我们会区别对待。

boolean add(Object)：确保容器能持有你传给它的那个参数。如果没有把它加进去，就返回false。（这是个“可选”的方法，本章稍后会再作解释。）
    boolean addAll(Collection)：加入参数Collection所含的所有元素。只要加了元素，就返回true。
    void clear()：清除容器所保存的所有元素。（“可选”）
    boolean contains(Object)：如果容器持有参数Object，就返回true。
    boolean containsAll(Collection)：如果容器持有参数Collection所含的全部元素，就返回true。
    boolean isEmpty()：如果容器里面没有保存任何元素，就返回true。
    Iterator iterator()：返回一个可以在容器的各元素之间移动的Iterator。
    boolean removeAll(Collection)：删除容器里面所有参数Collection所包含的元素。只要删过东西，就返回true。（“可选”）
    boolean retainAll(Collection)：只保存参数Collection所包括的元素（集合论中“交集”的概念）。如果发生过变化，则返回true。（“可选”）
    int size()：返回容器所含元素的数量。
    Object[] toArray()：返回一个包含容器中所有元素的数组。
    Object[] toArray(Object[] a)：返回一个包含容器中所有元素的数组，且这个数组不是普通的Object数组，它的类型应该同参数数组a的类型相同（要做类型转换）。
    注意，这里没有能进行随机访问的get()方法。这是因为Collection还包括Set。而Set有它自己的内部顺序（因此随即访问事毫无意义的）。所以如果你要检查Collection的元素，你就必须使用迭代器。

2．List的功能

List的基本用法事相当将但的。虽然绝大多数时候，你只是用add()加对象，用get()取对象，用iterator()获取这个序列的Iterator，但List还有一些别的很有用的方法。
  实际上有两种List：擅长对元素进行随机访问的，较常用的ArrayList，和更强大的LinkedList。LinkedList不是为快速的随机访问而设计的，但是它却有一组更加通用的方法。
   Lisk（接口）：List的最重要的特征就是有序；它会确保以一定的顺序保存元素。List在Collection的基础上添加了大量方法，使之能在序列中间插入和删除元素。（只对LinkedList推荐使用。）List可以制造ListIterator对象，你除了能用它在List的中间插入和删除元素之外，还能用它沿两个方法遍历List。
   ArrayList*：一个用数组实现的List。能进行快速的随机访问，但是往列表中间插入和删除元素的时候比较慢。ListIterator只能用在反向遍历ArrayList的场合，不要用它来插入和删除元素，因为相比LinkedList，在ArrayList里面用ListIterator的系统开销比较高。
   LinkedList：对顺序访问进行了优化。在List中间插入和删除元素的代价也不高。随机访问的速度相对较慢。（用ArrayList吧。）此外它还有addFirst()，addLast()，getFirst()，getLast()，removeFirst()和removeLast()等方法（这些方法，接口和基类均未定义），你能把它当成栈（stack），队列（queue）或双向队列（deque）来用。
   记住，容器只是一个存储对象的盒子。如果这个笑盒子能帮你解决所有的问题，那你就用不着取管它事怎么实现的（在绝大多数情况下，这是使用对象的基本概念）。如果开发环境里面还有一些别的，会造成固定的性能开销的因素存在，那么ArrayList和LinkedList之间的性能差别就会变得不那么重要了。你只需要它们中的一个，你甚至可以想象有这样一种“完美”的抽象容器；它能根据用途，自动地切换其底层的实现。

 

用LinkedList做一个栈
“栈（stack）”有时也被称为“后进先出”（LIFO）的容器。就是说，最后一个被“压”进栈中的东西，会第一个“弹”出来。同其他Java容器一样，压进去和弹出来的东西都是Object，所以除非你只用Object的功能，否则就必须对弹起来的东西进行类型转换。
LinkedList的方法能直接实现栈的功能，所以你完全可以不写Stack而直接使用LinkedList。
如果你只想要栈的功能，那么继承就不太合适了，因为继承出来的是一个拥有LinkedList的所有方法的类。

 

用LinkedList做一个队列
队列（queue）是一个“先进先出”（FIFO）容器。也就是，你把一端把东西放进去，从另一端把东西取出来。所以你放东西的顺序也就是取东西的顺序。LinkedList有支持队列的功能的方法，所以它也能被当作Queue来用。
还能很轻易地用LinkedList做一个deque（双向队列）。它很像队列，只是你可以从任意一端添加和删除元素。

 

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。

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。

3．Set的功能
Set的接口就是Collection的，所以不像那两个List，它没有额外的功能。实际上Set确确实实就是一个Collection－－只不过行为方式不同罢了。（这是继承和多态性的完美运用：表达不同地行为。）Set会拒绝持有多个具有相同值的对象的实例（对象的“值”又是由什么决定的呢？这个问题比较复杂，我们以后会讲）。
Set（接口）：加入Set的每个元素必须是唯一的；否则，Set是不会把它加进去的。要想加进Set，Object必须定义equals()，这样才能标明对象的唯一性。Set的接口和Collection的一摸一样。Set的接口不保证它会用哪种顺序来存储元素。
HashSet*：为优化查询速度而设计的Set。要放进HashSet里面的Object还得定义hashCode()。
TreeSet：是一个有序的Set，其底层是一颗树。这样你就能从Set里面提取一个有序序列了。
LinkedHashSet(JDK 1.4)：一个在内部使用链表的Set，既有HashSet的查询速度，又能保存元素被加进去的顺序（插入顺序）。用Iterator遍历Set的时候，它是按插入顺序进行访问的。
HashSet保存对象的顺序是和TreeSet和LinkedHashSet不一样的。这是因为它们是用不同的方法来存储和查找元素的。（TreeSet用了一种叫红黑树的数据结构【red-black tree data structure】来为元素排序，而HashSet则用了“专为快速查找而设计”的散列函数。LinkedHashSet在内部用散列来提高查询速度，但是它看上去像是用链表来保存元素的插入顺序的。）你写自己的类的时候，一定要记住，Set要有一个判断以什么顺序来存储元素的标准，也就是说你必须实现 Comparable接口，并且定义compareTo()方法。

 

SortedSet
SortedSet（只有TreeSet这一个实现可用）中的元素一定是有序的。这使得SortedSet接口多了一些方法：
Comparator comparator()：返回Set锁使用的Comparator对象，或者用null表示它使用Object自有的排序方法。
Object first()：返回最小的元素。
Object last()：返回最大的元素。
SortedSet subSet(fromElement, toElement)：返回Set的子集，其中的元素从fromElement开始到toElement为止（包括fromElement，不包括toElement）。
SortedSet headSet(toElement)：返回Set的子集，其中的元素都应小于toElement。
SortedSet headSet(toElement)：返回Set的子集，其中的元素都应大于fromElement。
注意，SortedSet意思是“根据对象的比较顺序”，而不是“插入顺序”进行排序。

4．Map的功能
ArrayList能让你用数字在一愕嘎对象序列里面进行选择，所以从某种意义上讲，它是将数字和对象关联起来。但是，如果你想根据其他条件在一个对象序列里面进行选择的话，那又该怎么做呢？栈就是一个例子。它的标准是“选取最后一个被压入栈的对象”。我们常用的术语map，dictionary，或 associative array就是一种非常强大的，能在序列里面进行挑选的工具。从概念上讲，它看上去像是一个ArrayList，但它不用数字，而是用另一个对象来查找对象！这是一种至关重要的编程技巧。
这一概念在Java中表现为Map。put(Object key, Object value)方法会往Map里面加一个值，并且把这个值同键（你查找时所用的对象）联系起来。给出键之后，get(Object key)就会返回与之相关的值。你也可以用containsKey()和containsValue()测试Map是否包含有某个键或值。
Java标准类库里有好几种Map：HashMap，TreeMap，LinkedHashMap，WeakHashMap，以及 IdentityHashMap。它们都实现了Map的基本接口，但是在行为方式方面有着明显的诧异。这些差异体现在，效率，持有和表示对象pair的顺序，持有对象的时间长短，以及如何决定键的相等性。
性能时Map所要面对的一个大问题。如果你知道get()时怎么工作的，你就会发觉（比方说）在ArrayList里面找对象会是相当慢的。而这正是 HashMap的强项。它不是慢慢地一个个地找这个键，而是用了一种被称为hash code的特殊值来进行查找的。散列（hash）时一种算法，它会从目标对象当中提取一些信息，然后生成一个表示这个对象的“相对独特”的int。 hashCode()是Object根类的方法，因此所有Java对象都能生成hash code。HashMap则利用对象的hashCode()来进行快速的查找。这样性能就有了急剧的提高。
Map（接口）：维持键－－值的关系（既pairs），这样就能用键来找值了。
HashMap*：基于hash表的实现。（用它来代替Hashtable。）提供时间恒定的插入与查询。在构造函数种可以设置hash表的capacity和load factor。可以通过构造函数来调节其性能。
LinkedHashMap(JDK 1.4)：很像HashMap，但是用Iterator进行遍历的时候，它会按插入顺序或最先使用的顺序（least-recently-used (LRU)order）进行访问。除了用Iterator外，其他情况下，只是比HashMap稍慢一点。用Iterator的情况下，由于是使用链表来保存内部顺序，因此速度会更快。
TreeMap：基于红黑树数据结构的实现。当你查看键或pair时，会发现它们时按顺序（根据Comparable或Comparator，我们过一会讲）排列的。TreeMap的特点时，你锁得到的时一个有序的Map。TreeMap是Map中唯一有subMap()方法的实现。这个方法能让你获取这个树中的一部分。
WeakHashMap：一个weak key的Map，是为某些特殊问题而设计的。它能让Map释放其所持有的对象。如果某个对象除了在Map当中充当键之外，在其他地方都没有其reference的话，那它将被当作垃圾回收。
IdentityHashMap(JDK 1.4)：一个用＝＝，而不是equals()来比较键的hash map。不是为我们平常使用而设计的，是用来解决特殊问题的。
散列是往Map里存数据的常用算法。

 

SortedMap
SortedMap（只有TreeMap这一个实现）的键肯定是有序的，因此这个接口里面就有一些附加功能的方法了。
Comparator comparator()：返回Map所使用的comparator，如果是用Object内置的方法的话，则返回null。
Object firstKey()：返回第一个键。
Object lastKey()：返回最后一个键。
SortedMap subMap(fromKey, toKey)：返回这个Map的一个子集，其键从fromKey开始到toKey为止，包括前者，不包括后者。
SortedMap headMap(toKey)：返回这个Map的一愕嘎子集，其键均小于toKey。
SortedMap tailMap(fromKey)：返回这个Map的一个子集，其键均大于等于fromKey。
pair是按key的顺序存储的，由于TreeMap有顺序的概念，因此“位置”是有意义的，所以你可以去获取它的第一个和最后一个元素，以及它的子集。

 

LinkedHashMap
为了提高速度，LinkedHashMap对所有东西都做了hash，而且遍历的时候（println()会遍历整个Map，所以你能看到这个过程）还会按插入顺序返回pair。此外，你还可以在LinkedHashMap的构造函数里面进行配置，让它使用基于访问的LRU（least-recently -used）算法，这样还没被访问过的元素（同时也是要删除的候选对象）就会出现在队列的最前头。这样，为节省资源而写一个定时清理的程序就变得很简单了。

 5．总结Java标准类库的容器类：
1）数组把对象和数字形式的下标联系起来。它持有的是类型确定的对象，这样提取对象的时候就不用再作类型传递了。它可以是多维的，也可以持有primitive。但是创建之后它的容量不能改了。
2）Collection持有单个元素，而Map持有相关联的pair。
3）和数组一样，List也把数字下标同对象联系起来，你可以把数组和List想成有序的容器。List会随元素的增加自动调整容量。但是List只能持有Object reference，所以不能存放primitive，而且把Object提取出来之后，还要做类型传递。
4）如果要做很多随机访问，那么请用ArrayList，但是如果要再List的中间做很多插入和删除的话，就应该用LinkedList了。
5）LinkedList能提供队列，双向队列和栈的功能。
6）Map提供的不是对象与数组的关联，而是对象和对象的关联。
HashMap看重的是访问速度，而TreeMap各国那看重键的顺序，因而它不如HashMap那么快。而LinkedHashMap则保持对象插入的顺序，但是也可以用LRU算法为它重新排序。
7）Set只接受不重复的对象。HashSet提供了最快的查询速度。而TreeSet则保持元素有序。LinkedHashSet保持元素的插入顺序。
8）没必要再在新代码里使用旧类库留下来的Vector，Hashtable和Stack了。
容器类库是你每天都会用到的工具，它能使程序更简介，更强大并且更搞笑。

 6．理解hashCode()
如果你不覆写键的hashCode()和equals()的话，散列数据结构（HashSet，HashMap，LinkedHashSet，或LinkedHashMap）就没法正确地处理键。
散列的价值就在于速度：散列算法能很快地找出东西。
数组是最快的数据结构。

7．Collection 和 Map 的区别
容器内每个为之所存储的元素个数不同。
Collection类型者，每个位置只有一个元素。
Map类型者，持有 key-value pair，像个小型数据库。

8. 其他特征
* List，Set，Map将持有对象一律视为Object型别。
* Collection、List、Set、Map都是接口，不能实例化。
   继承自它们的 ArrayList, Vector, HashTable, HashMap是具象class，这些才可被实例化。
* vector容器确切知道它所持有的对象隶属什么型别。vector不进行边界检查。

9. 容器类和Array的区别、择取
   * 容器类仅能持有对象引用（指向对象的指针），而不是将对象信息copy一份至数列某位置。
   * 一旦将对象置入容器内，便损失了该对象的型别信息。

10. 、* 在各种Lists中，最好的做法是以ArrayList作为缺省选择。当插入、删除频繁时，使用LinkedList()；Vector总是比ArrayList慢，所以要尽量避免使用。
   * 在各种Sets中，HashSet通常优于HashTree（插入、查找）。只有当需要产生一个经过排序的序列，才用TreeSet。
     HashTree存在的唯一理由：能够维护其内元素的排序状态。
* 在各种Maps中:HashMap用于快速查找。
* 当元素个数固定，用Array，因为Array效率是最高的。
结论：最常用的是ArrayList，HashSet，HashMap，Array。

11. 注意：
1)Collection没有get()方法来取得某个元素。只能通过iterator()遍历元素。
2)Set和Collection拥有一模一样的接口。
3)List，可以通过get()方法来一次取出一个元素。使用数字来选择一堆对象中的一个，get(0)...。(add/get)
4)一般使用ArrayList。用LinkedList构造堆栈stack、队列queue。
5)Map用 put(k,v) / get(k)，还可以使用containsKey()/containsValue()来检查其中是否含有某个key/value。
   HashMap会利用对象的hashCode来快速找到key。
    * hashing
       哈希码就是将对象的信息经过一些转变形成一个独一无二的int值，这个值存储在一个array中。
       我们都知道所有存储结构中，array查找速度是最快的。所以，可以加速查找。 发生碰撞时，让array指向多个values。即，数组每个位置上又生成一个梿表。
6)Map中元素，可以将key序列、value序列单独抽取出来。
使用keySet()抽取key序列，将map中的所有keys生成一个Set。
使用values()抽取value序列，将map中的所有values生成一个Collection。
为什么一个生成Set，一个生成Collection？那是因为，key总是独一无二的，value允许重复。