系列文章：

Java集合系列01之概览

Java集合系列02之ArrayList源码分析

Java集合系列03之LinkedList源码分析

Java集合系列04之fail-fast机制分析

Java集合系列05之Vector&Stack源码分析及List总结

Java集合系列06之Map接口概览

Java集合系列07之HashMap源码分析

Java集合系列08之WeakHashMap源码分析

Java集合系列09之TreeMap源码分析

Java集合系列10之Hashtable源码分析

前言

从本篇开始，我将开始Java集合系列的梳理，本文先对集合框架中涉及到的接口，架构，类等做一个总体展示，后面的文章中再结合源码分别剖析具体集合，希望能用两个月的时间完成Java集合系列文章。

Java最初版本只为最常用的数据结构提供了很少的一组类：Vector，Stack，Hashtable，BitSet与Enumeration接口。Enumeration接口定义了从一个数据结构得到连续数据的手段，实现了遍历集合，现在已经被迭代器Iterator取代了。JDK1.2版本后，Java开始提供了一组集合框架，完善了Java数据结构。

Java集合包含了以下常用的数据结构：集合（Set，无序不可重合的集合）、列表（List，有序可重复的集合）、队列（Queue，队列集合，JDK1.5后加入）、栈（Stack）、数组、映射表（Map，具有映射关系的集合）等。Java集合类库构成了集合类的框架，包含了大量的接口，抽象类，框架图如下所示：

集合框架.png

从上图可以发现，Java集合主要由三个接口派生出来，分别是Iterator，Collection，Map，而Collection又派生出List，Set，Queue等，可以说是Java集合的根接口了。

迭代器接口（Iterator）

首先我们来看Iterator接口，主要用来遍历集合对象中的元素，其包含三个方法：

public interface Iterator
{
    E next();          // 返回将要访问的下一个对象
    boolean hasNext(); // 如果存在可访问的元素，返回true
    void remove();     // 删除上次访问的对象，必须紧跟在访问一个元素之后执行
}

遍历元素

通过反复调用next方法，可以逐个访问集合中的每个元素，如果到达了集合的末尾，next方法将抛出一个NoSuchElementException，因此在调用next方法之前需要调用hasNext方法判断是否到达集合末尾。使用方法如下：

Collection c = ...
Iterator iter = c.iterator();
while(iter.hasNext())
{
    String ele = iter.next();
    ...
}

从Java JDK1.5之后，可以用for循环来执行上述循环操作了，更加简洁，代码如下：

for(String ele : c)
{
    ...
}

编译器将“for each”循环翻译为带有迭代器的循环，“for each”循环适用于任何实现了Iterable接口的对象，Iterable接口只包含了一个方法：

public interface Iterable
{
    Iterator iterator();
}

Collection接口扩展了Iterable接口，因此Java集合中只要实现了Collection集合的接口都可以使用“for each”循环。

删除元素

Iterator接口的remove方法删除上次调用next方法返回的元素，与遍历元素类似，删除某元素前，需要判断该元素是否有意义。正确的使用方法如下：

Collection c = ...
Iterator iter = c.iterator();
iter.next();
iter.remove();

可以看到先调用next方法返回想要删除的元素，再删除之。如果上次访问之后，集合已经发生变化，再调用remove方法，将抛出一个IllegalStateException。
以下的使用方法都是错误的：

没有调用next方法

Iterator iter = c.iterator();
iter.remove();

调用一次next方法，删除连续两个元素

Iterator iter = c.iterator();
iter.next();
iter.remove();
iter.remove();

集合接口（Collection）

方法列表

Collection主要包含了集合的基本操作和属性，有两大分支List和Set。其中定义了很多方法供其子类实现，以实现数据操作，方法列表如下图所示：

Collection方法摘要.png

从方法列表中可以看出，Collection接口主要的功能有：添加元素，删除元素，清空集合等。
iterator方法用于返回一个实现了Iterator接口的对象，使用此对象遍历集合元素。

List接口

List是一个元素有序，可重复的集合，每一个元素都有它的索引，可以通过索引来访问指定位置的集合元素。由于List是有序集合，因此List接口中添加了一些根据索引值来操作的方法。List的实现类有LinkedList, ArrayList, Vector, Stack。

// List接口与Collection相比新增的方法
abstract void             add(int index, E object)
abstract boolean          addAll(int index, Collection collection)
abstract E                get(int index)
abstract int              indexOf(Object object)
abstract int              lastIndexOf(Object object)
abstract ListIterator  listIterator(int index)
abstract ListIterator  listIterator()
abstract E                remove(int index)
abstract E                set(int index, E object)
abstract List          subList(int start, int end)

Set接口

Set是一个不允许有重复元素的集合，其方法和Collection相比没有区别，当添加重复元素时会返回false，Set的实现类有HashSet和TreeSet,而HashSet又依赖于HashMap，实际上是通过HashMap实现的；TreeSet又依赖于TreeMap，实际上是通过TreeMap实现的。

Queue接口

Queue接口模拟了队列这种数据结构，先进先出（FIFO），其方法摘要如下图所示：

Queue接口方法摘要.png

Map接口

Map是一个具有映射关系的集合，以“key-value”保存数据。把Map集合里的Key值放在一起就构成了类似于Set的集合，Key值没有顺序，且不允许重复，Map接口的KeySet()方法用于返回Key值构成的Set集合；而把Map集合里的Value值放在一起就构成了类似于List的集合，元素之间可以重复。其方法摘要如下：

Map接口方法摘要.png

AbstractCollection类

其定义如下：

public abstract class AbstractCollection extends Object implements Collection {}

AbstractCollection类是一个抽象类，提供了 Collection 接口的大部分实现，以最大限度地减少了实现此接口所需的工作，除了iterator 和 size 方法。

要实现一个不可修改的 collection，我们只需扩展此类，并实现 iterator 和 size 方法（iterator 方法返回的迭代器必须实现 hasNext 和 next 方法）。

要实现可修改的 collection，我们必须另外重写此类的 add 方法（否则，会抛出 UnsupportedOperationException），iterator 方法返回的迭代器还必须另外实现其 remove 方法。

AbstractList类

其定义如下：

public abstract class AbstractList extends AbstractCollection implements List {}

AbstractList类是一个抽象类，继承了AbstractCollection类，并实现了List接口，提供了 List 接口的大部分实现，对于连续的访问数据（如链表），应优先继承 AbstractSequentialList，而不是此类。

要实现不可修改的列表，我们只需扩展此类，并提供 get(int) 和 size() 方法的实现。

要实现可修改的列表，我们必须另外重写 set(int, E) 方法（否则将抛出 UnsupportedOperationException）。如果列表为可变大小，则也要重写 add(int, E) 和 remove(int) 方法。

AbstractSet类

其定义如下：

public abstract class AbstractSet extends AbstractCollection implements Set {}

AbstractSet类是一个抽象类，继承了AbstractCollection类，并实现了Set接口，提供了 Set 接口的大部分实现。

工具类及其它接口

ListIterator接口

其定义如下：

public interface ListIterator extends Iterator {}

ListIterator接口继承于Iterator接口，专门用于各种List类型的访问，其方法摘要如下图所示：

ListIterator接口方法摘要.png

从上图可以看到，ListIterator接口提供了前向/后向遍历的方法，同时也提供了add()方法，用于添加元素，ListIterator还可以通过nextIndex() 和previousIndex() 定位当前索引位置。

Arrays

此类包含用来操作数组（比如排序和搜索）的各种方法。主要方法有：

static  List asList(T... a)   // 返回一个受指定数组支持的固定大小的列表。
static int binarySearch(...)        // 二分查找,数组需要有序
static void sort(...)               // 排序
copyOf(...)                         // 复制数组
copyOfRange(...)                    // 复制部分数组

Collections

此类完全由在 collection 上进行操作或返回 collection 的静态方法组成。主要方法有：

static  int binarySearch(...)    // 二分查找
sort(...)                           // 对list集合排序
max(...) / min(...)                 // 对集合取最大值/最小值
static void reverse(List list)   // 反转指定列表中元素的顺序。
static void swap(List list, int i, int j) // 在指定列表的指定位置处交换元素。
....

Arrays和Collections工具类的具体API可以参考JDK文档，此处只列出了一小部分

参考资料

Java核心技术卷I
Java 集合系列01之总体框架
由浅入深理解java集合(一)——集合框架 Collection、Map
【深入理解Java集合框架】Java Collections Framework概览

Java集合系列01之概览

前言

迭代器接口（Iterator）

遍历元素

删除元素

集合接口 （Collection）

方法列表

List接口

Set接口

Queue接口

Map接口

AbstractCollection类

AbstractList类

AbstractSet类

工具类及其它接口

ListIterator接口

Arrays

Collections

参考资料

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集合接口（Collection）