JavaSE（13）——Java集合总结

java集合总结

1. 概述

java容器可分为两大类

• Collection
  • List
    • ArrayList
    • LinkedList
    • Vector (了解即可，已过时)
  • Set
    • TreeSet
    • HashSet
      • LinkedHashSet
  • Map
    • HashMap
      • LinkedHashMap
    • TreeMap
    • ConcurrentHashMap
    • HashTable (了解即可，已过时)

2. ArrayList和Vector的区别

共同点

• 这两个类都实现了List接口
• 都是有序的集合，底层是数组
• 可以按位置索引号取出某个元素
• 允许元素重复和为null

区别

• 同步性
  • ArrayList是非同步的
  • Vector是同步的
  • 即使需要同步的时候，可以使用Collections工具类来构建出同步的ArrayList而不用Vector
• 扩容大小
  • Vector增长到原来的2倍，ArrayList增长到原来的1.5倍

3. HashMap和HashTable的区别

共同点

• 从存储结构和实现来讲，基本上都是相同的，都是实现Map接口

区别

• 同步性
  • HashMap是非同步的
  • HashTable是同步的
  • 需要同步的时候，一般不使用HashTable，而使用ConcurrentHashMap
• 是否允许为null
  • HashMap允许为null
  • HashTable不允许为null
• contains方法
  • HashTable有contains方法
  • HashMap把HashTable中的contains方法替换成了containsValue和ContainsKey方法
• 继承不同
  • HashMap extends AbstractMap
  • HashTable extends Dictionary

4. List和Map的区别

共同点

• 都是Java常用的容器，都是接口

区别

• 存储结构不同
  • List是存储单列的集合
  • Map存储的是Key-Value键值对的集合
• 元素是否可重复
  • List允许元素重复
  • Map不允许Key重复
• 是否有序
  • List集合是有序的
  • Map集合是无序的

5. 常见问题

5.1 Set里的元素是不能重复的，那么用什么方法来区分重复与否呢？是用 == 还是equals？

​ Set集合大都使用的是Map集合的put方法来添加元素

​ 以HashSet为例，HashSet里的元素不能重复，在源码 (HashMap) 是这样体现的：

// 1. 如果key 相等  
if (p.hash == hash &&
    ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
    e = p;
// 2. 修改对应的value
if (e != null) {
      // existing mapping for key
    V oldValue = e.value;
    if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
        e.value = value;
    afterNodeAccess(e);
    return oldValue;
}

​ 添加元素的时候，如果key (也对应的Set集合的元素)相等，那么则修改value值。而在Set集合中，value值仅仅是一个Object对象 (该对象对Set集合而言是没有用的)。

​ 因此，Set集合如果添加的元素相同时，是根本没有插入的 (仅修改了一个无用的value值)，从源码 (HashMap) 中也看出来， == 和equals方法都有使用。

5.2 Collection和Collections的区别

1. Collection是集合的上层接口，继承它的有Set和List接口
2. Collections是集合的工具类，提供了一系列的静态方法对集合的搜索、查找、同步等操作

5.3 ArrayList，LinkedList的存储性能和特性

ArrayList底层是数组，LinkedList底层是双向链表。

• ArrayList支持以下标位置进行索引出对应的元素 (随机访问) ，而LinkedList则需要遍历整个链表来获取对应的元素。因此，一般来说，ArrayList的访问速度是要比LinkedList快的。

• ArrayList由于是数组，对于删除和修改而言消耗是比较大的 (复制和移动数组实现) ；LinkedList是双向链表，删除和修改只需要修改对应的指针即可，消耗是很小的。因此，一般来说LinkedList的增删速度是要比ArrayList要快的。

• 特殊情况下，当数据量达百万级别时，在list的末尾进行增删操作ArrayList是要比LinkedList快的。而在list的中间进行删除操作时，由于LinkedList的遍历耗时要比ArrayList的复制移动多，因此，还是ArrayList要快。

5.4 Enumeration和Iterator接口的区别

与Enumeration相比，Iterator更加安全，因为当一个集合正在被遍历的时候，它会阻止其他线程去修改集合。

• 迭代时，经常会抛出ConcurrentModificationException异常，说明迭代的时候还在修改元素。
• 这其实是fail-fast机制
• 关于fail-fast机制的解释：https://blog.csdn.net/panweiwei1994/article/details/77051261

区别：

• Iterator的方法名比Enumeration更科学
• Iterator有fail-fast机制，比Enumeration更安全
• Iterator能够删除元素，Enumeration并不能删除元素

5.5 ListIterator的特点

• ListIterator继承了Iterator接口，它用于遍历List集合的元素。
• ListIterator可以实现双向遍历，添加元素，设置元素。

public interface ListIterator<E> extends Iterator<E> {
     
    boolean hasNext();
    E next();
    boolean hasPrevious();
    E previous();
    int nextIndex();
    int previousIndex();
    void remove();
    void set(E e);
    void add(E e);
}

5.6 并发集合类

java1.5并发包 (java.util.concurrent) 包含线程安全集合类，允许在迭代时修改集合。

• 迭代器被设计为fail-fast的，会抛出ConcurrentModificationException
• 一部分类为：
  • CopyOnWriteArrayList
  • ConcurrentHashMap
  • CopyOnWriteArraySet

5.7 HashMap的key值是类对象

当HashMap的key值是类对象时，需要同时重写该类的hashCode ()方法和它的equals方法。

• 从源码可知，在插入元素的时候是先算出该对象的hashCode。如果hashCode相等的话，那么表明该对象是存储在同一位置上的。
• 如果调用equals方法，两个key相同，则替换元素
• 如果调用equals方法，两个key不相同，则说明该hashCode仅仅是碰巧相同，属于哈希碰撞。将新增的元素放在桶的链表上

一般来说，我们会认为，只要两个对象的成员变量的值是相等的，那么就认为这两个对象是相等的。因为，Object底层比较的是两个对象的地址，而对开发而言，这样的意义不大，因此需要重写equals方法。

重写了equals方法，就需要重写hashCode方法。因为equals认定了这两个对象相同，而同一个对象调用hashCode方法时，返回的是相同的值的。

5.8 Java集合框架的选择

1. 根据需要确定集合的类型。如果是单列的集合，考虑使用Collection下的子接口ArrayList和Set。如果是映射，则考虑使用Map。
2. 确定集合类型之后，需要确定使用该集合的哪个子类
   • Tree红黑树类型
   • Linked双向链表类型
   • 线程安全类型
   • 是否需要同步
   • 迭代时是否需要有序
   • 是否需要排序
3. 估算存放集合的数据量有多大，无论是List还是Map，实现动态增长时都是很消耗性能的。在初始化集合的时候给出一个合理的容量会减少动态增长时的消耗
4. 使用泛型，避免在运行时出现ClassCastException
5. 尽可能使用Collections工具类，或者获取只读、同步或空的集合，而非编写自己的实现。它会提供代码的重用性，有更好的稳定性和可维护性。

5.9 ArrayList集合加入10万条数据时，应该如何提高效率

• ArrayList的默认初始容量为10，而插入大量数据的时候需要不断扩容，扩容是非常影响性能的。因此，在明确需要插入10万条数据时，可以直接在初始化时设置ArrayList的容量。