Java的容器 List、Set、Map的区别

在编程中，常常需要集中存放多个数据。从传统意义上讲，数组是我们的一个很好的选择，前提是我们事先已经明确知道我们将要保存的对象的数量。一旦在数组初始化时指定了这个数组长度，这个数组长度就是不可变的，如果我们需要保存一个可以动态增长的数据(在编译时无法确定具体的数量)，java的集合类就是一个很好的设计方案了。

集合类主要负责保存、盛装其他数据，因此集合类也被称为容器类。所以的集合类都位于java.util包下，后来为了处理多线程环境下的并发安全问题，java5还在java.util.concurrent包下提供了一些多线程支持的集合类。

在学习Java中的集合类的API、编程原理的时候，我们一定要明白，"集合"是一个很古老的数学概念，它远远早于Java的出现。从数学概念的角度来理解集合能帮助我们更好的理解编程中什么时候该使用什么类型的集合类。

Java容器类类库的用途是"保存对象"，并将其划分为两个不同的概念：

1) Collection

一组"对立"的元素，通常这些元素都服从某种规则

 1.1) List必须保持元素特定的顺序

 1.2) Set不能有重复元素

 1.3) Queue保持一个队列(先进先出)的顺序

2) Map

一组成对的"键值对"对象

Collection和Map的区别在于容器中每个位置保存的元素个数:

1) Collection 每个位置只能保存一个元素(对象)

2) Map保存的是"键值对"，就像一个小型数据库。我们可以通过"键"找到该键对应的"值"

Interface Iterable

迭代器接口，这是Collection类的父接口。实现这个Iterable接口的对象允许使用foreach进行遍历，也就是说，所有的Collection集合对象都具有"foreach可遍历性"。这个Iterable接口只有一个方法: iterator()。它返回一个代表当前集合对象的泛型<T>迭代器，用于之后的遍历操作

List,Set,Map是否继承自Collection接口？ 答：List，Set是，Map不是。 
如图： 
Collection                                                
├List 
│├LinkedList 
│├ArrayList 
│└Vector 
│└Stack 
└Set 
Collection是最基本的集合接口，一个Collection代表一组Object，即Collection的元素。一些Collection允许相同的元素而另一些不行。一些能排序而另一些不行。Java JDK不能提供直接继承自Collection的类，Java JDK提供的类都是继承自Collection的"子接口"，如:List和Set。 

注意：Map没有继承Collection接口，Map提供key到value的映射。一个Map中不能包含相同key，每个key只能映射一个value。Map接口提供3种集合的视图，Map的内容可以被当做一组key集合，一组value集合，或者一组key-value映射。 

详细介绍： 
  List特点：元素有放入顺序，元素可重复 
  Map特点：元素按键值对存储，无放入顺序 
  Set特点：元素无放入顺序，元素不可重复（注意：元素虽然无放入顺序，但是元素在set中的位置是有该元素的HashCode决定的，其位置其实是固定的） 
  List接口有三个实现类：LinkedList，ArrayList，Vector 
  LinkedList：底层基于链表实现，链表内存是散乱的，每一个元素存储本身内存地址的同时还存储下一个元素的地址。链表增删快，查找慢 
  ArrayList和Vector的区别：ArrayList是非线程安全的，效率高；Vector是基于线程安全的，效率低 
  Set接口有两个实现类：HashSet(底层由HashMap实现)，LinkedHashSet 
  SortedSet接口有一个实现类：TreeSet（底层由平衡二叉树实现） 
  Query接口有一个实现类：LinkList 
  Map接口有三个实现类：HashMap，HashTable，LinkeHashMap 
  HashMap非线程安全，高效，支持null；HashTable线程安全，低效，不支持null 
  SortedMap有一个实现类：TreeMap 
其实最主要的是，list是用来处理序列的，而set是用来处理集的。Map是知道的，存储的是键值对 
set 一般无序不重复.map kv 结构 list 有序

java集合的主要分为三种类型：

·Set（集）

·List（列表）

·Map（映射）

Java所有“存储及随机访问一连串对象”的做法，array是最有效率的一种。

1、效率高，但容量固定且无法动态改变。
  array还有一个缺点是，无法判断其中实际存有多少元素，length只是告诉我们array的容量。

2、Java中有一个Arrays类，专门用来操作array。
  arrays中拥有一组static函数，
 equals()：比较两个array是否相等。array拥有相同元素个数，且所有对应元素两两相等。
 fill()：将值填入array中。
 sort()：用来对array进行排序。
 binarySearch()：在排好序的array中寻找元素。
 System.arraycopy()：array的复制。

 若撰写程序时不知道究竟需要多少对象，需要在空间不足时自动扩增容量，则需要使用容器类库，array不适用。所以就要用到集合。

 那我们开始讨论java中的集合。

 集合分类：

   Collection：List、Set
   Map：HashMap、HashTable

1.Collection接口

Collection是最基本的集合接口，声明了适用于JAVA集合（只包括Set和List）的通用方法。Set 和List都继承了Conllection。

1.1 Collection接口的方法： 

boolean add(Object o)：向集合中加入一个对象的引用   
  
void clear()：删除集合中所有的对象，即不再持有这些对象的引用   
  
boolean isEmpty()：判断集合是否为空   
  
boolean contains(Object o)： 判断集合中是否持有特定对象的引用   
  
Iterartor iterator()：返回一个Iterator对象，可以用来遍历集合中的元素   
  
boolean remove(Object o)：从集合中删除一个对象的引用   
  
int size()：返回集合中元素的数目   
  
Object[] toArray()： 返回一个数组，该数组中包括集合中的所有元素

关于：Iterator()和toArray() 方法都用于集合的所有的元素，前者返回一个Iterator对象，后者返回一个包含集合中所有元素的数组。

1.2  Iterator接口声明了如下方法： 

hasNext()：判断集合中元素是否遍历完毕，如果没有，就返回true     
next() ：返回下一个元素     
remove()：从集合中删除上一个有next()方法返回的元素。  

集合类的分类

· Collection（一组对立的元素）

o List（有顺序）

o Set（不能有重复元素）

o Queue（保存队列先进先出 的顺序）

· Map（键值对（key-value））

1.2 Set(集合) 

Set是最简单的一种集合。集合中的对象不按特定的方式排序，并且没有重复对象。Set接口主要实现了两个实现类：

· HashSet： HashSet类按照哈希算法来存取集合中的对象，存取速度比较快 

· TreeSet ：TreeSet类实现了SortedSet接口，能够对集合中的对象进行排序。 

Set具有与Collection完全一样的接口，因此没有任何额外的功能，不像前面有两个不同的List。实际上Set就是Collection,只是行为不同。(这是继承与多态思想的典型应用：表现不同的行为。)Set不保存重复的元素(至于如何判断元素相同则较为负责) 

Set : 存入Set的每个元素都必须是唯一的，因为Set不保存重复元素。加入Set的元素必须定义equals()方法以确保对象的唯一性。Set与Collection有完全一样的接口。Set接口不保证维护元素的次序。 

HashSet：为快速查找设计的Set。存入HashSet的对象必须定义hashCode()。 

TreeSet： 保存次序的Set, 底层为树结构。使用它可以从Set中提取有序的序列。 

LinkedHashSet：具有HashSet的查询速度，且内部使用链表维护元素的顺序(插入的次序)。于是在使用迭代器遍历Set时，结果会按元素插入的次序显示。

1.3 List(列表)

List的特征是其元素以线性方式存储，集合中可以存放重复对象S。 

List接口主要实现类包括：（参考文章：ArrayList与LinkedList的区别）

·ArrayList() : 代表长度可以改变得数组。可以对元素进行随机的访问，向ArrayList()中插入与删除元素的速度慢。 

·LinkedList(): 在实现中采用链表数据结构。插入和删除速度快，访问速度慢。 

对于List的随机访问来说，就是只随机来检索位于特定位置的元素。 List 的 get(int index) 方法放回集合中由参数index指定的索引位置的对象，下标从“0” 开始。最基本的两种检索集合中的所有对象的方法： 

List的功能方法 

实际上有两种List：一种是基本的ArrayList,其优点在于随机访问元素，另一种是更强大的LinkedList,它并不是为快速随机访问设计的，而是具有一套更通用的方法。

List：次序是List最重要的特点：它保证维护元素特定的顺序。List为Collection添加了许多方法，使得能够向List中间插入与移除元素(这只推荐LinkedList使用。)一个List可以生成ListIterator,使用它可以从两个方向遍历List,也可以从List中间插入和移除元 素。 

ArrayList：由数组实现的List。允许对元素进行快速随机访问，但是向List中间插入与移除元素的速度很慢。ListIterator只应该用来由后向前遍历ArrayList,而不是用来插入和移除元素。因为那比LinkedList开销要大很多。 

LinkedList ：对顺序访问进行了优化，向List中间插入与删除的开销并不大。随机访问则相对较慢。(使用ArrayList代替。)还具有下列方 法：addFirst(), addLast(), getFirst(), getLast(), removeFirst() 和 removeLast(), 这些方法 (没有在任何接口或基类中定义过)使得LinkedList可以当作堆栈、队列和双向队列使用。

Vector,ArrayList, LinkedList的区别是什么？

答：  

1、Vector、ArrayList都是以类似数组的形式存储在内存中，LinkedList则以链表的形式进行存储。

2、List中的元素有序、允许有重复的元素，Set中的元素无序、不允许有重复元素。

3、Vector线程同步，ArrayList、LinkedList线程不同步。

4、LinkedList适合指定位置插入、删除操作，不适合查找；ArrayList、Vector适合查找，不适合指定位置的插入、删除操作。

5、ArrayList在元素填满容器时会自动扩充容器大小的50%，而Vector则是100%，因此ArrayList更节省空间。

   详见：http://www.cnblogs.com/mgod/archive/2007/08/05/844011.html

1.4 Map(映射)

Map是一种把键对象和值对象映射的集合，它的每一个元素都包含一对键对象和值对象。 Map没有继承于Collection接口 从Map集合中检索元素时，只要给出键对象，就会返回对应的值对象。 

Map 的常用方法： 

1 添加，删除操作： 

1.Object put(Object key, Object value)： 向集合中加入元素   
2.Object remove(Object key)： 删除与KEY相关的元素   
3.void putAll(Map t)：  将来自特定映像的所有元素添加给该映像   
4.void clear()：从映像中删除所有映射   

2 查询操作： 

Object get(Object key)：获得与关键字key相关的值 。Map集合中的键对象不允许重复，也就说，任意两个键对象通过equals()方法比较的结果都是false.，但是可以将任意多个键独享映射到同一个值对象上。 

Map的功能方法

方法put(Object key, Object value)添加一个“值”(想要得东西)和与“值”相关联的“键”(key)(使用它来查找)。方法get(Object key)返回与给定“键”相关联的“值”。可以用containsKey()和containsValue()测试Map中是否包含某个“键”或“值”。 标准的Java类库中包含了几种不同的Map：HashMap, TreeMap, LinkedHashMap, WeakHashMap, IdentityHashMap。它们都有同样的基本接口Map，但是行为、效率、排序策略、保存对象的生命周期和判定“键”等价的策略等各不相同。 

执行效率是Map的一个大问题。看看get()要做哪些事，就会明白为什么在ArrayList中搜索“键”是相当慢的。而这正是HashMap提高速 度的地方。HashMap使用了特殊的值，称为“散列码”(hash code)，来取代对键的缓慢搜索。“散列码”是“相对唯一”用以代表对象的int值，它是通过将该对象的某些信息进行转换而生成的。所有Java对象都 能产生散列码，因为hashCode()是定义在基类Object中的方法。 

HashMap就是使用对象的hashCode()进行快速查询的。此方法能够显着提高性能。 

Map : 维护“键值对”的关联性，使你可以通过“键”查找“值”

HashMap：Map基于散列表的实现。插入和查询“键值对”的开销是固定的。可以通过构造器设置容量capacity和负载因子load factor，以调整容器的性能。 

LinkedHashMap： 类似于HashMap，但是迭代遍历它时，取得“键值对”的顺序是其插入次序，或者是最近最少使用(LRU)的次序。只比HashMap慢一点。而在迭代访问时发而更快，因为它使用链表维护内部次序。 

TreeMap ： 基于红黑树数据结构的实现。查看“键”或“键值对”时，它们会被排序(次序由Comparabel或Comparator决定)。TreeMap的特点在于，你得到的结果是经过排序的。TreeMap是唯一的带有subMap()方法的Map，它可以返回一个子树。 

WeakHashMap ：弱键(weak key)Map，Map中使用的对象也被允许释放:这是为解决特殊问题设计的。如果没有map之外的引用指向某个“键”，则此“键”可以被垃圾收集器回收。 

IdentifyHashMap：: 使用==代替equals()对“键”作比较的hash map。专为解决特殊问题而设计。

1.5区别

1.5.1、Collection和 Map 的区别

容器内每个为之所存储的元素个数不同。
Collection类型者，每个位置只有一个元素。
Map类型者，持有 key-value pair，像个小型数据库。

1.4.2、各自旗下的子类关系

Collection
     --List：将以特定次序存储元素。所以取出来的顺序可能和放入顺序不同。
           --ArrayList / LinkedList / Vector
     --Set ： 不能含有重复的元素
           --HashSet / TreeSet
      Map
     --HashMap
     --HashTable
     --TreeMap

1.4.3、其他特征

List，Set，Map将持有对象一律视为Object型别。

Collection、List、Set、Map都是接口，不能实例化。
    它们的实现类 ArrayList, Vector, HashTable, HashMap是具象class，这些才可被实例化。
vector容器确切知道它所持有的对象隶属什么型别。vector不进行边界检查。

总结

1. 如果涉及到堆栈，队列等操作，应该考虑用List，对于需要快速插入，删除元素，应该使用LinkedList，如果需要快速随机访问元素，应该使用ArrayList。
2. 如果程序在单线程环境中，或者访问仅仅在一个线程中进行，考虑非同步的类，其效率较高，如果多个线程可能同时操作一个类，应该使用同步的类。
3. 在除需要排序时使用TreeSet,TreeMap外,都应使用HashSet,HashMap,因为他们 的效率更高。
4. 要特别注意对哈希表的操作，作为key的对象要正确复写equals和hashCode方法。
5. 容器类仅能持有对象引用（指向对象的指针），而不是将对象信息copy一份至数列某位置。一旦将对象置入容器内，便损失了该对象的型别信息。
6. 尽量返回接口而非实际的类型，如返回List而非ArrayList，这样如果以后需要将ArrayList换成LinkedList时，客户端代码不用改变。这就是针对抽象编程。

注意：

1、Collection没有get()方法来取得某个元素。只能通过iterator()遍历元素。

2、Set和Collection拥有一模一样的接口。

3、List，可以通过get()方法来一次取出一个元素。使用数字来选择一堆对象中的一个，get(0)...。(add/get)

4、一般使用ArrayList。用LinkedList构造堆栈stack、队列queue。

5、Map用put(k,v) / get(k)，还可以使用containsKey()/containsValue()来检查其中是否含有某个key/value。

      HashMap会利用对象的hashCode来快速找到key。

6、Map中元素，可以将key序列、value序列单独抽取出来。

使用keySet()抽取key序列，将map中的所有keys生成一个Set。

使用values()抽取value序列，将map中的所有values生成一个Collection。

为什么一个生成Set，一个生成Collection？那是因为，key总是独一无二的，value允许重复。

参考： http://www.cnblogs.com/LittleHann/p/3690187.html

http://www.cnblogs.com/LittleHann/p/3690187.html

http://www.cnblogs.com/LittleHann/p/3690187.html