Collection集合类和Map接口理解和对比

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Collectionjava中最基本的集合接口，它存放在java.util包中，实现它的接口主要有List、Set、Queue，他们的实现细节有很大的不同，下面逐个介绍它们的主要作用和区别，还有Map不属于Collection的内容，Map的框架图如下：

Collection集合框架图

Collection框架图

Map接口框架图

List

• 元素是有序的、可重复，可以对列表中每个元素的插入位置进行精确地控制。
• 是一个有序容器，保持了每个元素的插入顺序，输出的顺序就是插入的顺序。
• 常用的实现类有 ArrayList、LinkedList 和 Vector。

List接口的实现类

ArrayList

• ArrayList底层使用了Object的数组作为容器去存储数据
• ArrayList 提供了使用索引的随意访问数据
• ArrayList 是线程非安全的，效率较高，查询速度高

LinkedList

• LinkedList底层使用了链表的数据结构
• LinkedList随机位置插入、删除数据时比线性表快，遍历比线性表慢。
• 相对于ArrayList，LinkedList 对于经常需要从 List 中添加或删除元素的场合更为合适。
• 和LinkedList一样，ArrayList也是非同步的（unsynchronized）

Vector

• Vector非常类似ArrayList，但是Vector是同步的，效率相对比较低
• Vector的底层结构也是数组，但是它们对数组的扩容方式不同
• 当Vector或ArrayList中的元素超过它的初始大小时,Vector会将它的容量翻倍,而ArrayList只增加50%的大小，这样ArrayList就有利于节约内存空间。
  即Vector增长原来的一倍，ArrayList增加原来的0.5倍。

Stack栈继承于Vector，栈的存储特点是后进先出，
它基于动态数组实现的一个线程安全的栈，所以栈是线程安全的。

Set

• 元素无序的、不可重复。
• 无序容器，你无法保证每个元素的存储顺序，但是其中的TreeSet是特别的，TreeSet通过 Comparator 或者 Comparable 维护了一个排序顺序。
• 取出元素的方法只有迭代器和增强型for。
• 只允许一个 null 元素
• Set 接口最流行的几个实现类是 HashSet、LinkedHashSet 以及 TreeSet。
• Set和Map的底层联系密切，可以说想要了解Set直接先了解好Map即可
• Set说白了就是对Map的功能的限制

HashSet

• HashSet底层实现其实是HashMap(看源码可以知道)
• HashSet实现了Set接口，它不允许集合中出现重复元素。
• 将对象存储在HashSet之前，要确保重写hashCode（）方法和equals（）方法，这样才能比较对象的值是否相等，确保集合中没有储存相同的对象。
• HashSet实现Set接口，由哈希表（实际上是一个HashMap实例）支持。
• 在HashSet中，元素都存到HashMap键值对的Key上面，而Value时有一个统一的值private static final Object PRESENT = new Object();
• 当有新值加入时，底层的HashMap会判断Key值是否存在

• 线程非安全的

  
  
  HashSet源码

HashSet源码介绍

public class HashSet  
    extends AbstractSet  
    implements Set, Cloneable, java.io.Serializable  
{  
    static final long serialVersionUID = -5024744406713321676L;  

    // 底层使用HashMap来保存HashSet中所有元素。  
    private transient HashMap map;  

    // 定义一个虚拟的Object对象作为HashMap的value，将此对象定义为static final。  
    private static final Object PRESENT = new Object();  

    /** 
     * 默认的无参构造器，构造一个空的HashSet。 
     *  
     * 实际底层会初始化一个空的HashMap，并使用默认初始容量为16和加载因子0.75。 
     */  
    public HashSet() {  
    map = new HashMap();  
    }  

    /** 
     * 构造一个包含指定collection中的元素的新set。 
     * 
     * 实际底层使用默认的加载因子0.75和足以包含指定 
     * collection中所有元素的初始容量来创建一个HashMap。 
     * @param c 其中的元素将存放在此set中的collection。 
     */  
    public HashSet(Collection c) {  
    map = new HashMap(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));  
    addAll(c);  
    }  

    /** 
     * 以指定的initialCapacity和loadFactor构造一个空的HashSet。 
     * 
     * 实际底层以相应的参数构造一个空的HashMap。 
     * @param initialCapacity 初始容量。 
     * @param loadFactor 加载因子。 
     */  
    public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {  
    map = new HashMap(initialCapacity, loadFactor);  
    }  

    /** 
     * 以指定的initialCapacity构造一个空的HashSet。 
     * 
     * 实际底层以相应的参数及加载因子loadFactor为0.75构造一个空的HashMap。 
     * @param initialCapacity 初始容量。 
     */  
    public HashSet(int initialCapacity) {  
    map = new HashMap(initialCapacity);  
    }  

    /** 
     * 以指定的initialCapacity和loadFactor构造一个新的空链接哈希集合。 
     * 此构造函数为包访问权限，不对外公开，实际只是是对LinkedHashSet的支持。 
     * 
     * 实际底层会以指定的参数构造一个空LinkedHashMap实例来实现。 
     * @param initialCapacity 初始容量。 
     * @param loadFactor 加载因子。 
     * @param dummy 标记。 
     */  
    HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {  
    map = new LinkedHashMap(initialCapacity, loadFactor);  
    }  

    /** 
     * 返回对此set中元素进行迭代的迭代器。返回元素的顺序并不是特定的。 
     *  
     * 底层实际调用底层HashMap的keySet来返回所有的key。 
     * 可见HashSet中的元素，只是存放在了底层HashMap的key上， 
     * value使用一个static final的Object对象标识。 
     * @return 对此set中元素进行迭代的Iterator。 
     */  
    public Iterator iterator() {  
    return map.keySet().iterator();  
    }  

    /** 
     * 返回此set中的元素的数量（set的容量）。 
     * 
     * 底层实际调用HashMap的size()方法返回Entry的数量，就得到该Set中元素的个数。 
     * @return 此set中的元素的数量（set的容量）。 
     */  
    public int size() {  
    return map.size();  
    }  

    /** 
     * 如果此set不包含任何元素，则返回true。 
     * 
     * 底层实际调用HashMap的isEmpty()判断该HashSet是否为空。 
     * @return 如果此set不包含任何元素，则返回true。 
     */  
    public boolean isEmpty() {  
    return map.isEmpty();  
    }  

    /** 
     * 如果此set包含指定元素，则返回true。 
     * 更确切地讲，当且仅当此set包含一个满足(o==null ? e==null : o.equals(e)) 
     * 的e元素时，返回true。 
     * 
     * 底层实际调用HashMap的containsKey判断是否包含指定key。 
     * @param o 在此set中的存在已得到测试的元素。 
     * @return 如果此set包含指定元素，则返回true。 
     */  
    public boolean contains(Object o) {  
    return map.containsKey(o);  
    }  

    /** 
     * 如果此set中尚未包含指定元素，则添加指定元素。 
     * 更确切地讲，如果此 set 没有包含满足(e==null ? e2==null : e.equals(e2)) 
     * 的元素e2，则向此set 添加指定的元素e。 
     * 如果此set已包含该元素，则该调用不更改set并返回false。 
     * 
     * 底层实际将将该元素作为key放入HashMap。 
     * 由于HashMap的put()方法添加key-value对时，当新放入HashMap的Entry中key 
     * 与集合中原有Entry的key相同（hashCode()返回值相等，通过equals比较也返回true）， 
     * 新添加的Entry的value会将覆盖原来Entry的value，但key不会有任何改变， 
     * 因此如果向HashSet中添加一个已经存在的元素时，新添加的集合元素将不会被放入HashMap中， 
     * 原来的元素也不会有任何改变，这也就满足了Set中元素不重复的特性。 
     * @param e 将添加到此set中的元素。 
     * @return 如果此set尚未包含指定元素，则返回true。 
     */  
    public boolean add(E e) {  
    return map.put(e, PRESENT)==null;  
    }  

    /** 
     * 如果指定元素存在于此set中，则将其移除。 
     * 更确切地讲，如果此set包含一个满足(o==null ? e==null : o.equals(e))的元素e， 
     * 则将其移除。如果此set已包含该元素，则返回true 
     * （或者：如果此set因调用而发生更改，则返回true）。（一旦调用返回，则此set不再包含该元素）。 
     * 
     * 底层实际调用HashMap的remove方法删除指定Entry。 
     * @param o 如果存在于此set中则需要将其移除的对象。 
     * @return 如果set包含指定元素，则返回true。 
     */  
    public boolean remove(Object o) {  
    return map.remove(o)==PRESENT;  
    }  

    /** 
     * 从此set中移除所有元素。此调用返回后，该set将为空。 
     * 
     * 底层实际调用HashMap的clear方法清空Entry中所有元素。 
     */  
    public void clear() {  
    map.clear();  
    }  

    /** 
     * 返回此HashSet实例的浅表副本：并没有复制这些元素本身。 
     * 
     * 底层实际调用HashMap的clone()方法，获取HashMap的浅表副本，并设置到HashSet中。 
     */  
    public Object clone() {  
        try {  
            HashSet newSet = (HashSet) super.clone();  
            newSet.map = (HashMap) map.clone();  
            return newSet;  
        } catch (CloneNotSupportedException e) {  
            throw new InternalError();  
        }  
    }  
} 

LinkedHashSet

• LinkedHashSet集合同样是根据元素的hashCode值来决定元素的存储位置
• 它同时使用链表维护元素的次序。
• LinkedHashSet在迭代访问Set中的全部元素时，性能比HashSet好，但是插入时性能稍微逊色于HashSet。
• LinkedHashSet取出元素的顺序和存入的顺序一致
• LinkedHashSet的底层实现是继承了HashSet

TreeSet

• TreeSet类型唯一可实现自动排序的类型，即是取出的元素是经过排序后输出
• TreeSet是SortedSet接口的唯一实现类，TreeSet可以确保集合元素处于排序状态。
• TreeSet判断两个对象不相等的方式是两个对象通过equals方法返回false，或者通过CompareTo方法比较没有返回0
• TreeSet的底层实现是TreeMap的变形

HashSet、LinkedHashSet、TreeSet取出元素的区别

Set中不能存放重复的代码，但是对于存取的方式它们也是存在着不同，这里做一个对比，关于取出元素的不同：

HashSet取出元素不能保证顺序

 HashSet set = new HashSet();
        set.add("555");
        set.add("222");
        set.add("111");
        set.add("333");
        for (String s:set
             ) {
            System.out.println(s);
        }

输出结果：
222
111
333
555

LinedHashSet取出元素和存入顺序一致

LinkedHashSet set = new LinkedHashSet();
        set.add("555");
        set.add("222");
        set.add("111");
        set.add("333");
        for (String s:set
             ) {
            System.out.println(s);
        }

输出结果：
555
222
111
333

TreeSet取出元素是经过自然排序的

 TreeSet set = new TreeSet();
        set.add("555");
        set.add("222");
        set.add("111");
        set.add("333");
        for (String s:set
             ) {
            System.out.println(s);
        }

输出结果：
111
222
333
555

Set存放对象，重写hashcode和equal判断不同对象的实例

如果不对hashcode和equal进行重写，这两个方法会照循Object基类的方法来进行对象的判断，但是这样无法满足我们自定义类是否相同的判断。

不重写hashcode和equals

class Student {
    private String sid;//学生学号
    private String name;//学生姓名
    private String age;//学生年龄
}

public class Main {

    public static void main(String[] args) {


        Student s1 = new Student("111","小明","18");
        Student s2 = new Student("111","小明","18");
        System.out.println(s1.equals(s2));
        Set set = new HashSet();
        set.add(s1);
        set.add(s2);
        for (Student s:set
             ) {
            System.out.println(s.getName());
        }
    }

输出结果：
false
小明
小明
事实上，这两个学生是同一个的，但是由于不重写所以按照Object的方法进行判断，s1和s2是两个不同的对象
因此为了实现对自定义类进行判断就需要进行对hashcode和equals的判断

class Student {
    private String sid;//学生学号
    private String name;//学生姓名
    private String age;//学生年龄

  @Override
    public int hashCode() {
        Student stu = (Student) this;
        return sid.hashCode();
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (obj instanceof Student)
        {
            Student stu = (Student) obj;
            return (sid.equals(stu.sid));
        }
        return super.equals(obj);
    }
}
public class Main {

    public static void main(String[] args) {


        Student s1 = new Student("111","小明","18");
        Student s2 = new Student("111","小明","18");
        System.out.println(s1.equals(s2));
        Set set = new HashSet();
        set.add(s1);
        set.add(s2);
        for (Student s:set
             ) {
            System.out.println(s.getName());
        }
    }

输出结果：
true
小明

Map

• 用于存储健值对、根据键得到值、
• 不允许键重复(重复了覆盖了),但允许值重复
• 实现类主要是HashMap、 HashTable 、LinkedHashMap 和 TreeMap

HashTable和HashMap的对比

• HashTable产生于JDK 1.1，而HashMap产生于JDK 1.2
• HashTable的底层存储是使用了数组+链表，1.7及之前HashMap使用数组+链表，1.8使用了数组+红黑树
• Hashtable是线程安全的，HashMap是线程不安全的，所以HashMap比Hashtable的性能高一点
• Hashtable不允许使用null作为key和value；但HashMap可以使用null作为key或value。
• 关于HashMap中，在jdk1.8之前是插入头部的，在jdk1.8中是插入尾部的。

LinkedHashMap

• LinkedHashMap保存了记录的插入顺序、在用Iterator遍历LinkedHashMap时、先得到的记录肯定是先插入的.也可以在构造时用带参数、按照应用次数排序、在遍历的时候会比HashMap慢
• LinkedHashMap的遍历速度只和实际数据有关、和容量无关、而HashMap的遍历速度和他的容量有关

TreeMap

• TreeMap实现SortMap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
• 当用Iterator 遍历TreeMap时、得到的记录是排过序的
• TreeMap取出来的是排序后的键值对、但如果您要按自然顺序或自定义顺序遍历键、那么TreeMap会更好
• LinkedHashMap 是HashMap的一个子类、如果需要输出的顺序和输入的相同,那么用LinkedHashMap可以实现,它还可以按读取顺序来排列
• TreeMap的底层实现是红黑树

HashMap、LinkedHashMap、TreeMap取出元素的情况和Set的实现类是一样的，这里就不再举例。

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