Java 集合框架

Java 集合框架

集合框架被设计成要满足以下几个目标

• 该框架必须是高性能的。基本集合（动态数组，链表，树，哈希表）的实现也必须是高效的
• 该框架允许不同类型的集合，以类似的方式工作，具有高度的互操作性
• 对一个集合的扩展和适应必须是简单的

为此，整个集合框架就围绕一组标准接口而设计

我们可以直接使用这些接口的标准实现，诸如： LinkedList, HashSet, 和 TreeSet等,除此之外你也可以通过这些接口实现自己的集合

集合框架是一个用来代表和操纵集合的统一架构

所有的集合框架都包含如下内容

1. 接口： 是代表集合的抽象数据类型。接口允许集合独立操纵其代表的细节。在面向对象的语言，接口通常形成一个层次
2. 实现（类）： 是集合接口的具体实现。从本质上讲，它们是可重复使用的数据结构
3. 算法： 是实现集合接口的对象里的方法执行的一些有用的计算，例如：搜索和排序。这些算法被称为多态，那是因为相同的方法可以在相似的接口上有着不同的实现

除了集合，该框架也定义了几个Map接口和类。Map里存储的是键/值对。尽管 Map 不是collections，但是它们完全整合在集合中

集合框架体系如图所示

image

Java 集合框架提供了一套性能优良，使用方便的接口和类，java集合框架位于 java.util包中， 所以当使用集合框架的时候需要进行导包

集合接口

集合框架定义了一些接口

下表列出了这些接口

接口	描述
Collection	Collection 是最基本的集合接口，一个 Collection 代表一组 Object，即 Collection 的元素, Java不提供直接继承自Collection的类，只提供继承于的子接口(如List和set)
List	List 接口是一个有序的Collection，使用此接口能够精确的控制每个元素插入的位置，能够通过索引(元素在List中位置，类似于数组的下标)来访问List中的元素，而且允许有相同的元素
Set	Set 具有与 Collection 完全一样的接口，只是行为上不同，Set 不保存重复的元素
SortedSet	SortedSet 继承于 Set 保存有序的集合
Map	Map 将唯一的键映射到值
Map.Entry	Map.Entry描述在一个Map中的一个元素（键/值对）。是一个Map的内部类
SortedMap	SortedMap继承于Map，使Key保持在升序排列
Enumeration	Enumeration 这是一个传统的接口和定义的方法，通过它可以枚举 ( 一次获得一个 ) 对象集合中的元素。这个接口已被迭代器取代

Set 和 List 的区别

1. Set 接口实例存储的是无序的，不重复的数据。List 接口实例存储的是有序的，可以重复的元素
2. Set 检索效率低下，删除和插入效率高，插入和删除不会引起元素位置改变，实现类有 HashSet,TreeSet
3. List 和数组类似，可以动态增长，根据实际存储的数据的长度自动增长 List 的长度。查找元素效率高，插入删除效率低，因为会引起其他元素位置改变，实现类有 ArrayList,LinkedList,Vector

集合实现类 ( 集合类 )

Java 提供了一套实现了 Collection 接口的标准集合类

其中一些是具体类，这些类可以直接拿来使用，而另外一些是抽象类，提供了接口的部分实现

标准集合类汇总于下表

类	描述
AbstractCollection	实现了大部分的集合接口
AbstractList	继承于AbstractCollection 并且实现了大部分List接口
AbstractSequentialList	继承于 AbstractList ，提供了对数据元素的链式访问而不是随机访问
LinkedList	该类实现了List接口，允许有null（空）元素。主要用于创建链表数据结构，该类没有同步方法，如果多个线程同时访问一个List，则必须自己实现访问同步，解决方法就是在创建List时候构造一个同步的List。例如：Listlist=Collections.synchronizedList(newLinkedList(...));LinkedList 查找效率低
ArrayList	该类也是实现了List的接口，实现了可变大小的数组，随机访问和遍历元素时，提供更好的性能。该类也是非同步的,在多线程的情况下不要使用。ArrayList 增长当前长度的50%，插入删除效率低
AbstractSet	继承于 AbstractCollection 并且实现了大部分Set接口
HashSet	该类实现了Set接口，不允许出现重复元素，不保证集合中元素的顺序，允许包含值为null的元素，但最多只能一个
LinkedHashSet	具有可预知迭代顺序的Set接口的哈希表和链接列表实现
TreeSet	该类实现了Set接口，可以实现排序等功能
AbstractMap	实现了大部分的 Map 接口
HashMapHashMap	一个散列表，它存储的内容是键值对(key-value)映射。该类实现了Map接口，根据键的HashCode值存储数据，具有很快的访问速度，最多允许一条记录的键为null，不支持线程同步
TreeMap	继承了 AbstractMap，并且使用一颗树
WeakHashMap	继承 AbstractMap类，使用弱密钥的哈希表
LinkedHashMap	继承于 HashMap，使用元素的自然顺序对元素进行排序.
IdentityHashMap	继承 AbstractMap类，比较文档时使用引用相等

下表列出了 java.util 包中定义的类

类	描述
Vector	该类和ArrayList非常相似，但是该类是同步的，可以用在多线程的情况，该类允许设置默认的增长长度，默认扩容方式为原来的2倍
Stack 栈	是Vector的一个子类，它实现了一个标准的后进先出的栈
Dictionary	Dictionary 类是一个抽象类，用来存储键/值对，作用和Map类相似
Hashtable	Hashtable 是 Dictionary(字典) 类的子类，位于 java.util 包中
Properties	Properties 继承于 Hashtable，表示一个持久的属性集，属性列表中每个键及其对应值都是一个字符串
BitSet	一个Bitset类创建一种特殊类型的数组来保存位值。BitSet中数组大小会随需要增加

集合算法

集合框架定义了几种算法，可用于集合和映射

这些算法被定义为集合类的静态方法

在尝试比较不兼容的类型时，一些方法能够抛出 ClassCastException异常

当试图修改一个不可修改的集合时，抛出 UnsupportedOperationException 异常

集合定义三个静态的变量：EMPTY_SET，EMPTY_LIST，EMPTY_MAP，这些变量都不可改变

算法	描述
Collection Algorithms	这里是一个列表中的所有算法实现

如何使用迭代器

通常情况下，可能会想要遍历一个集合中的元素。例如，显示集合中的每个元素

一般遍历数组都是采用 for 循环或者增强 for，这两个方法也可以用在集合框架，但是还有一种方法是采用迭代器遍历集合框架，它是一个对象，实现了Iterator 接口或 ListIterator 接口

迭代器能够通过循环来得到或删除集合的元素

ListIterator 继承了 Iterator，以允许双向遍历列表和修改元素

下面的代码列出了 Iterator 和 listIterator 接口提供的所有方法

import java.util.*;

public class Test{
 public static void main(String[] args) {
     List list=new ArrayList();
     list.add("Hello");
     list.add("World");
     list.add("HAHAHAHA");
     //第一种遍历方法使用foreach遍历List
     for (String str : list) {            //也可以改写for(int i=0;i ite=list.iterator();
     while(ite.hasNext())//判断下一个元素之后有值
     {
         System.out.println(ite.next());
     }
 }
}

范例中的三种方法都是用来遍历 ArrayList 集合，第三种方法是采用迭代器的方法，该方法可以不用担心在遍历的过程中会超出集合的长度

遍历 Map

import java.util.*;

public class Test{
     public static void main(String[] args) {
      Map map = new HashMap();
      map.put("1", "value1");
      map.put("2", "value2");
      map.put("3", "value3");

      //第一种：普遍使用，二次取值
      System.out.println("通过Map.keySet遍历key和value：");
      for (String key : map.keySet()) {
       System.out.println("key= "+ key + " and value= " + map.get(key));
      }

      //第二种
      System.out.println("通过Map.entrySet使用iterator遍历key和value：");
      Iterator> it = map.entrySet().iterator();
      while (it.hasNext()) {
       Map.Entry entry = it.next();
       System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue());
      }

      //第三种：推荐，尤其是容量大时
      System.out.println("通过Map.entrySet遍历key和value");
      for (Map.Entry entry : map.entrySet()) {
       System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue());
      }

      //第四种
      System.out.println("通过Map.values()遍历所有的value，但不能遍历key");
      for (String v : map.values()) {
       System.out.println("value= " + v);
      }
     }
}