Java容器类List、ArrayList、Vector及map、HashTable、HashMap

ArrayList 和Vector是采用数组方式存储数据，此数组元素数大于实际存储的数据以便增长和插入元素，都容许直接序号索引元素，可是插入数据要设计到数组元素移动等内存操做，因此索引数据快插入数据慢，Vector因为使用了synchronized方法（线程安全）因此性能上比 ArrayList要差，Linked List使用双向链表实现存储，按序号索引数据须要进行向前或向后遍历，可是插入数据时只须要记录本项的先后项便可，因此插入数度较快！

线性表，链表，哈希表是经常使用的数据结构，在进行Java开发时，JDK已经为咱们提供了一系列相应的类来实现基本的数据结构。这些类均在java.util包中。本文试图经过简单的描述，向读者阐述各个类的做用以及如何正确使用这些类。

Collection
├ List
│├Linked List
│├ ArrayList
│└Vector
│　└Stack
└Set
Map
├Hashtable
├HashMap
└WeakHashMap

Collection接口
　　Collection是最基本的集合接口，一个Collection表明一组Object，即Collection的元素（Elements）。一些Collection容许相同的元素而另外一些不行。一些能排序而另外一些不行。Java SDK不提供直接继承自Collection的类，Java SDK提供的类都是继承自Collection的“子接口”如 List和Set。
　　全部实现Collection接口的类都必须提供两个标准的构造函数：无参数的构造函数用于建立一个空的Collection，有一个Collection参数的构造函数用于建立一个新的Collection，这个新的Collection与传入的Collection有相同的元素。后一个构造函数容许用户复制一个Collection。
　　如何遍历Collection中的每个元素？不论Collection的实际类型如何，它都支持一个iterator()的方法，该方法返回一个迭代子，使用该迭代子便可逐一访问Collection中每个元素。典型的用法以下：
　　　　Iterator it = collection.iterator(); // 得到一个迭代子
　　　　while(it.hasNext()) {
　　　　　　Object obj = it.next(); // 获得下一个元素
　　　　}
　　由Collection接口派生的两个接口是 List和Set。

List接口
　　 List是有序的Collection，使用此接口可以精确的控制每一个元素插入的位置。用户可以使用索引（元素在 List中的位置，相似于数组下标）来访问 List中的元素，这相似于Java的数组。
和下面要提到的Set不一样， List容许有相同的元素。
　　除了具备Collection接口必备的iterator()方法外， List还提供一个 listIterator()方法，返回一个 ListIterator接口，和标准的Iterator接口相比， ListIterator多了一些add()之类的方法，容许添加，删除，设定元素，还能向前或向后遍历。
　　实现 List接口的经常使用类有Linked List， ArrayList，Vector和Stack。

Linked List类
　　Linked List实现了 List接口，容许null元素。此外Linked List提供额外的get，remove，insert方法在Linked List的首部或尾部。这些操做使Linked List可被用做堆栈（stack），队列（queue）或双向队列（deque）。
　　注意Linked List没有同步方法。若是多个线程同时访问一个 List，则必须本身实现访问同步。一种解决方法是在建立 List时构造一个同步的 List：
　　　　 List list = Collections.synchronized List(new Linked List(...));

ArrayList类
　　 ArrayList实现了可变大小的数组。它容许全部元素，包括null。 ArrayList没有同步。
size，isEmpty，get，set方法运行时间为常数。可是add方法开销为分摊的常数，添加n个元素须要O(n)的时间。其余的方法运行时间为线性。
　　每一个 ArrayList实例都有一个容量（Capacity），即用于存储元素的数组的大小。这个容量可随着不断添加新元素而自动增长，可是增加算法并无定义。当须要插入大量元素时，在插入前能够调用ensureCapacity方法来增长 ArrayList的容量以提升插入效率。
　　和Linked List同样， ArrayList也是非同步的（unsynchronized）。

Vector类
　　Vector很是相似 ArrayList，可是Vector是同步的。由Vector建立的Iterator，虽然和 ArrayList建立的Iterator是同一接口，可是，由于Vector是同步的，当一个Iterator被建立并且正在被使用，另外一个线程改变了Vector的状态（例如，添加或删除了一些元素），这时调用Iterator的方法时将抛出ConcurrentModificationException，所以必须捕获该异常。

Stack 类
　　Stack继承自Vector，实现一个后进先出的堆栈。Stack提供5个额外的方法使得Vector得以被看成堆栈使用。基本的push和pop方法，还有peek方法获得栈顶的元素，empty方法测试堆栈是否为空，search方法检测一个元素在堆栈中的位置。Stack刚建立后是空栈。

Set接口
　　Set是一种不包含重复的元素的Collection，即任意的两个元素e1和e2都有e1.equals(e2)=false，Set最多有一个null元素。
　　很明显，Set的构造函数有一个约束条件，传入的Collection参数不能包含重复的元素。
　　请注意：必须当心操做可变对象（Mutable Object）。若是一个Set中的可变元素改变了自身状态致使Object.equals(Object)=true将致使一些问题。

Map接口
　　请注意，Map没有继承Collection接口，Map提供key到value的映射。一个Map中不能包含相同的key，每一个key只能映射一个value。Map接口提供3种集合的视图，Map的内容能够被看成一组key集合，一组value集合，或者一组key-value映射。

Hashtable类
　　Hashtable继承Map接口，实现一个key-value映射的哈希表。任何非空（non-null）的对象均可做为key或者value。
　　添加数据使用put(key, value)，取出数据使用get(key)，这两个基本操做的时间开销为常数。
Hashtable经过initial capacity和load factor两个参数调整性能。一般缺省的load factor 0.75较好地实现了时间和空间的均衡。增大load factor能够节省空间但相应的查找时间将增大，这会影响像get和put这样的操做。
使用Hashtable的简单示例以下，将1，2，3放到Hashtable中，他们的key分别是”one”，”two”，”three”：
　　　　Hashtable numbers = new Hashtable();
　　　　numbers.put(“one”, new Integer(1));
　　　　numbers.put(“two”, new Integer(2));
　　　　numbers.put(“three”, new Integer(3));
　　要取出一个数，好比2，用相应的key：
　　　　Integer n = (Integer)numbers.get(“two”);
　　　　System.out.println(“two = ” + n);
　　因为做为key的对象将经过计算其散列函数来肯定与之对应的value的位置，所以任何做为key的对象都必须实现hashCode和equals方法。hashCode和equals方法继承自根类Object，若是你用自定义的类看成key的话，要至关当心，按照散列函数的定义，若是两个对象相同，即obj1.equals(obj2)=true，则它们的hashCode必须相同，但若是两个对象不一样，则它们的hashCode不必定不一样，若是两个不一样对象的hashCode相同，这种现象称为冲突，冲突会致使操做哈希表的时间开销增大，因此尽可能定义好的hashCode()方法，能加快哈希表的操做。
　　若是相同的对象有不一样的hashCode，对哈希表的操做会出现意想不到的结果（期待的get方法返回null），要避免这种问题，只须要牢记一条：要同时复写equals方法和hashCode方法，而不要只写其中一个。
　　Hashtable是同步的。

HashMap类
　　HashMap和Hashtable相似，不一样之处在于HashMap是非同步的，而且容许null，即null value和null key。，可是将HashMap视为Collection时（values()方法可返回Collection），其迭代子操做时间开销和HashMap的容量成比例。所以，若是迭代操做的性能至关重要的话，不要将HashMap的初始化容量设得太高，或者load factor太低。

WeakHashMap类
　　WeakHashMap是一种改进的HashMap，它对key实行“弱引用”，若是一个key再也不被外部所引用，那么该key能够被GC回收。

总结
　　若是涉及到堆栈，队列等操做，应该考虑用 List，对于须要快速插入，删除元素，应该使用Linked List，若是须要快速随机访问元素，应该使用 ArrayList。
　　若是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，若是多个线程可能同时操做一个类，应该使用同步的类。
　　要特别注意对哈希表的操做，做为key的对象要正确复写equals和hashCode方法。
　　尽可能返回接口而非实际的类型，如返回 List而非 ArrayList，这样若是之后须要将 ArrayList换成Linked List时，客户端代码不用改变。这就是针对抽象编程。

同步性
Vector是同步的。这个类中的一些方法保证了Vector中的对象是线程安全的。而 ArrayList则是异步的，所以 ArrayList中的对象并非线程安全的。由于同步的要求会影响执行的效率，因此若是你不须要线程安全的集合那么使用 ArrayList是一个很好的选择，这样能够避免因为同步带来的没必要要的性能开销。
数据增加
从内部实现机制来说 ArrayList和Vector都是使用数组(Array)来控制集合中的对象。当你向这两种类型中增长元素的时候，若是元素的数目超出了内部数组目前的长度它们都须要扩展内部数组的长度，Vector缺省状况下自动增加原来一倍的数组长度， ArrayList是原来的50%,因此最后你得到的这个集合所占的空间老是比你实际须要的要大。因此若是你要在集合中保存大量的数据那么使用Vector有一些优点，由于你能够经过设置集合的初始化大小来避免没必要要的资源开销。
使用模式
在 ArrayList和Vector中，从一个指定的位置（经过索引）查找数据或是在集合的末尾增长、移除一个元素所花费的时间是同样的，这个时间咱们用O(1)表示。可是，若是在集合的其余位置增长或移除元素那么花费的时间会呈线形增加：O(n-i)，其中n表明集合中元素的个数，i表明元素增长或移除元素的索引位置。为何会这样呢？觉得在进行上述操做的时候集合中第i和第i个元素以后的全部元素都要执行位移的操做。这一切意味着什么呢？
这意味着，你只是查找特定位置的元素或只在集合的末端增长、移除元素，那么使用Vector或 ArrayList均可以。若是是其余操做，你最好选择其余的集合操做类。好比，Link List集合类在增长或移除集合中任何位置的元素所花费的时间都是同样的?O(1)，但它在索引一个元素的使用缺比较慢－O(i),其中i是索引的位置.使用 ArrayList也很容易，由于你能够简单的使用索引来代替建立iterator对象的操做。Link List也会为每一个插入的元素建立对象，全部你要明白它也会带来额外的开销。
最后，在《Practical Java》一书中Peter Haggar建议使用一个简单的数组（Array）来代替Vector或 ArrayList。尤为是对于执行效率要求高的程序更应如此。由于使用数组(Array)避免了同步、额外的方法调用和没必要要的从新分配空间的操做。