Java 集合框架概述

集合框架简介

Java 平台包含一个集合框架(Collections Framework)。一个集合(Collection)表示一组对象，集合框架是一个统一的结构体系，用于表示和操作集合，使集合能够独立于实现细节进行操作。

集合框架的优点

降低编程难度
提高程序性能
提高API间的互操作性
降低学习难度
降低设计和实现相关API的难度
增加程序的重用性

集合框架的组成

集合框架大致由三部分组成：接口(interfaces)、实现(implementations)、为框架服务的其他内容(Algorithms、Infrastructure、Array Utilities)。

接口 (interfaces)
- 集合接口 (Collection interfaces)。表示不同类型的集合，例如列表(lists)，集合(sets)和地图(maps)。这些接口构成了框架的基础。
实现(类) (implementations)
- 通用实现 (General-purpose implementations)。集合接口的主要实现。
- 特殊实现 (Special-purpose implementations)。专为在特殊情况下使用而设计的实现。这些实现显示非标准性能特征，使用限制或行为。
- 遗留实现 (Legacy implementations)。早期版本的集合实现类 Vector 和 Hashtable。
- 并发实现 (Concurrent implementations)。为高度并发使用而设计的实现。
- 包裹实现 (Wrapper implementations)。为其他实现添加功能的实现，诸如同步之类的。
- 方便实现 (Convenience implementations)：集合接口的高性能“迷你实现”。
- 抽象实现 (Abstract implementations)。集合接口的部分实现有助于自定义实现。
为框架服务的其他内容 (Algorithms、Infrastructure、Array Utilities)
- 算法 (Algorithms)。在集合上执行有用功能的静态方法，例如对列表进行排序。
- 基础设施 (Infrastructure)。为集合接口提供必要支持的接口。
- 数组实用程序 (Array Utilities)。用于基本类型和引用对象数组的实用程序函数。严格来说，不是集合框架的一部分，此功能与集合框架同时添加到Java平台，并依赖于某些相同的基础结构。

集合接口 (Collections interfaces)

集合接口分为两组：基于 java.util.Collection、java.util.Map。

Collection Interfaces

说明：基于java.util.Map 的接口，不是真正的集合。但是，这些接口包含集合视图操作，这使它们可以作为集合进行操作。

集合接口中的许多修改方法都标记为可选(optional)。允许实现(类)不执行这些可选修改方法，当尝试调用时将抛出 UnsupportedOperationException 异常^[1]。文档要求每个实现(类)必须指明，哪些可选修改操作是被支持的。
在文档中引入以下术语帮助说明：

unmodifiable (不可修改)：集合(Collections)不支持修改操作。(add、remove、clean等修改方法)
modifiable (可以修改)：集合(Collections)支持修改操作。
immutable (不可改变)：集合(Collections)对象不能被改变。(底层通过 final 修饰，相当于变成一个常量)
mutable (可以改变)：集合(Collections)对象不能被改变。
fixed-size (固定尺寸)：列表(Lists)的元素个数不可变，元素信息可变。
variable-size (可变尺寸)：列表(Lists)的元素个数可变，元素信息可变。
random access (随机访问)：列表(Lists)支持快速索引访问^[2]。(通常访问时间是恒定的)
sequential access (顺序访问)：列表(Lists)不支持快速索引访问。

集合实现(类) (Collections Implementations)

并发集合 (Concurrents Collections)

设计目的(Design Goals)

集合接口中，标记了可选(optional)的修改型方法，在实现类中可以允许不被执行。即用户调用这些有可选标志的方法，将抛出 UnsupportedOperationException 异常，说明该方法在此实现类中是不被支持的操作行为。 ↩
RandomAccess 标记接口，使得列表(Lists)支持随机访问。 ↩