JAVA集合：概述

本篇内容包括：Java 集合内容介绍、List 列表、Set 集合、Map 映射和部分其他知识点

一、Java 集合内容介绍

Java集合就像一种容器，可以把多个对象（实际上是对象的引用，但习惯上都称对象）“丢进”该容器中。从Java 5 增加了泛型以后，Java集合可以记住容器中对象的数据类型，使得编码更加简洁、健壮。

Java 集合类主要存放于 Java.util 包中，大致可以分为两大体系（一个是 Collection，另一个是 Map）、三/四种类型（List 列表、Queue 队列、Set 集合、Map 映射）：

• List，列表是有序，可重复的。常用的有 ArrayList、LinkedList、Vector，其中 ArrayList 的底层实现是数组，LinkedList 的实现是双向链表，此外 LinkedList 还实现了 Queue 队列（也在 Collection 下的接口），Vector 就是 ArrayList 的线程安全版本，但不推荐使用，此外 Java 中的栈 Stack 还是继承自 Vector；
• Queue，队列也是有序，可重复的，Queue 体系是在 Java5 新增加的，代表队列的实现，其实也可以理解为 List 的一种；
• Set，集合是无序、不可重复的。常用的就是 HashSet 和 TreeSet，它们的实现就是依赖于 HahsMap 和 TreeMap；
• Map，映射代表具有映射关系的键值对集合，键不能重复，值可以重复。常用的就是 HahsMap 和 TreeMap了。不过这些实现大多数都是非线程安全的。

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二、List 列表

Java 的 List 是非常常用的数据类型。List中的元素是有序，可重复的。Java 中 List 一共三个常见实现类：ArrayList、 LinkedList 和 Vector。

1、 ArrayList（动态数组）

ArrayList 是最常用的 List 实现类，，内部是通过数组实现的，它允许对元素进行快速随机访问。数组的缺点是每个元素之间不能有间隔，当数组大小不满足时需要增加存储能力，就要将已经有数组的数据复制到新的存储空间中。当从 ArrayList 的中间位置插入或者删除元素时，需要对数组进行复制、移动、代价比较高。因此，它适合随机查找和遍历，不适合插入和删除。

2、LinkedList（双向链表）

LinkedList 是用链表结构存储数据的，很适合数据的动态插入和删除，随机访问和遍历速度比较慢。另外，他还提供了 List 接口中没有定义的方法，专门用于操作表头和表尾元素，可以当作堆栈、队列和双向队列使用。

3、Vector（矢量队列）

Vector 与 ArrayList 一样，也是通过数组实现的，不同的是它支持线程的同步，即某一时刻只有一个线程能够写 Vector，避免多线程同时写而引起的不一致性，但实现同步需要很高的花费，因此，访问它比访问 ArrayList 慢。此外 Vector 的大小还是可以增加或者减小的，以便适应创建 Vector 后进行添加或者删除操作。

4、Stack（栈）

Stack是栈。它的特性是：先进后出(FILO, First In Last Out)。java 工具包中的 Stack 是继承于 Vector 的，由于 Vector 是通过数组实现的，这就意味着，Stack 也是通过数组实现的，而非链表。(当然，我们也可以将 LinkedList 当作栈来使用！)

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三、Set 集合

Set 注重独一无二的性质，该体系集合用于存储无序（存入和取出的顺序不一定相同）元素，值不能重复。对象的相等性本质是对象 hashCode 值（java 是依据对象的内存地址计算出的此序号判断的，如果想要让两个不同的对象视为相等的，就必须覆盖 Object 的 hashCode 方法和 equals 方法）。

1、HashSet（HashMap实现）

哈希表边存放的是哈希值，HashSet 存储元素的顺序并不是按照存入时的顺序（和 List 显然不同） 而是按照哈希值来存的所以取数据也是按照哈希值取得。元素的哈希值是通过元素的 hashcode() 方法来获取的, HashSet 首先判断两个元素的哈希值，如果哈希值一样，接着会比较 equals() 方法 如果 equls 结果为 true，HashSet 就视为同一个元素。如果 equals 为 false 就不是同一个元素。哈希值相同 equals 为 false 的元素是怎么存储呢，就是在同样的哈希值下顺延（可以认为哈希值相同的元素放在一个哈希桶中）。也就是哈希一样的存一列。

HashSet 通过 hashCode 值来确定元素在内存中的位置。一个 hashCode 位置上可以存放多个元素。

2、TreeSet（TreeMap实现）

TreeSet 是使用二叉树的原理对新 add() 的对象按照指定的顺序排序（升序、降序），每增加一个对象都会进行排序，将对象插入的二叉树指定的位置；

Integer 和 String 对象都可以进行默认的 TreeSet 排序，而自定义类的对象是不可以的，自己定义的类必须实现 Comparable 接口，并且覆写相应的 compareTo() 函数，才可以正常使用；在覆写 compare() 函数时，要返回相应的值才能使 TreeSet 按照一定的规则来排序

比较此对象与指定对象的顺序。如果该对象小于、等于或大于指定对象，则分别返回负整数、零或正整数

3、LinkHashSet（HashSet + LinkedHashMap实现）

对于 LinkedHashSet 而言，它继承于 HashSet、又基于 LinkedHashMap 来实现的。LinkedHashSet 底层使用 LinkedHashMap 来保存所有元素，它继承于 HashSet，其所有的方法操作上又与 HashSet 相同，因此 LinkedHashSet 的实现上非常简单，只提供了四个构造方法，并通过传递一个标识参数，调用父类的构造器，底层构造一个 LinkedHashMap 来实现，在相关操作上与父类 HashSet 的操作相同，直接调用父类 HashSet 的方法即可。

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四、Map 映射

Map，映射代表具有映射关系的键值对集合，要求映射中的 key 是不可变对象。不可变对象是该对象在创建后它的哈希值不会被改变。如果对象的哈希值发生变化，Map对象很可能就定位不到映射的位置了。

1、HashMap（数组 + 链表 + 红黑树实现）

HashMap 根据键的 hashCode 值存储数据，大多数情况下可以直接定位到它的值，因而具有很快的访问速度，但遍历顺序却是不确定的。HashMap 最多只允许一条记录的键为 null。HashMap 非线程安全，即任一时刻可以有多个线程同时写 HashMap，可能会导致数据的不一致。如果需要满足线程安全，可以用 Collections 的 synchronizedMap 方法使 HashMap 具有线程安全的能力，或者使用 ConcurrentHashMap。

2、HashTable（HashMap + Synchronized实现）

Hashtable 是遗留类，很多映射的常用功能与 HashMap 类似，不同的是它承自 Dictionary 类，并且是线程安全的，任一时间只有一个线程能写 Hashtable，并发性不如 ConcurrentHashMap，因为 ConcurrentHashMap 引入了分段锁。Hashtable 不建议在新代码中使用，不需要线程安全的场合可以用 HashMap 替换，需要线程安全的场合可以用 ConcurrentHashMap 替换。

3、TreeMap（可排序）

TreeMap 实现 SortedMap 接口，能够把它保存的记录根据键排序，默认是按键值的升序排序，也可以指定排序的比较器，当用 Iterator 遍历 TreeMap 时，得到的记录是排过序的。如果使用排序的映射，建议使用 TreeMap。在使用 TreeMap 时，key 必须实现 Comparable 接口或者在构造 TreeMap 传入自定义的 Comparator，否则会在运行时抛 java.lang.ClassCastException 类型的异常。

4、 LinkHashMap（记录插入顺序）

在使用 HashMap 的时候，可能会遇到需要按照当时 put 的顺序来进行哈希表的遍历。但我们知道 HashMap 中不存在保存顺序的机制。

LinkedHashMap 是 HashMap 的一个子类，在 LinkedHashMap 中可以保持两种顺序，分别是插入顺序和访问顺序，这个是可以在 LinkedHashMap 的初始化方法中进行指定的。相对于访问顺序，按照插入顺序进行编排被使用到的场景更多一些，所以默认是按照插入顺序进行编排。

LinkedHashMap 相对于 HashMap，增加了双链表的结果（即节点中增加了前后指针），其他处理逻辑与 HashMap 一致，同样也没有锁保护，多线程使用存在风险。

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五、其他知识点

1、关于 Collection 与 Collections 区别

Collection 是集合类的上级接口，继承于他的接口主要有 Set、List 以及 Queue；

Collections 是针对集合类的一个帮助类，他提供一系列静态方法实现对各种集合的搜索、排序、线程及安全化等操作。

2、关于 Collections 的常用方法

方法名	方法说明	方法名	方法说明
void shuffle(List list)	随机排序	void sort(List list)	自然排序按升序排序
void sort(List list, Comparator c)	自定义排序，由Comparator来制定排序的逻辑	void swap(List list, int i , int j)	交换指定索引位置的元素
int max(Collection coll)	根据自然排序，返回最大值	int max(Collection coll, Comparator c)	根据自定义排序，返回最大值
int min（Collectiion coll）	根据自然排序，返回最小值	void fill(List list, Object obj)	用指定的元素代替指定list中的所有元素
boolean replaceAll(List list, Object oldVal, Object newVal)	替换所有元素	int binarySearch(List list, Object key)	二分查找 ，返回索引值，List需要为有序的

3、关于 Java Iterator（迭代器）

Java Iterator（迭代器）不是一个集合，它是一种用于访问集合的方法，可用于迭代 ArrayList 和 HashSet 等集合。Iterator 是 Java 迭代器最简单的实现

迭代器 it 的两个基本操作是 next 、hasNext 和 remove。

• 调用 it.next() 会返回迭代器的下一个元素，并且更新迭代器的状态。
• 调用 it.hasNext() 用于检测集合中是否还有元素。
• 调用 it.remove() 将迭代器返回的元素删除。

ListIterator 是 Collection API 中的接口， 它扩展了 Iterator 接口。

Ps：一般来讲，遍历集合数据有三种方法：for 循环、foreach 循环、iterator 迭代器。实际上，foreach 循环只是一个语法糖而已，底层是基于迭代器来实现的。

4、关于 Iterator 和 ListIterator 区别

可以将 ListIterator 看作是 Iterator 的增强版。

• ListIterator 遍历可以是逆向的，因为有 previous() 和 hasPrevious() 方法，而 Iterator 不可以。
• ListIterator 有 add() 方法，可以向 List 添加对象，而 Iterator 却不能。
• ListIterator 可以定位当前的索引位置，因为有 nextIndex() 和 previousIndex() 方法，而 Iterator 不可以。
• ListIterator 可以实现对象的修改，set() 方法可以实现。Iierator 仅能遍历，不能修改。
• ListIterator 只能用于遍历 List 及其子类，Iterator 可用来遍历所有集合。