Java 集合框架

Java 集合框架

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， 因此当使用集合框架的时候须要进行导包。

集合框架被设计成要知足如下几个目标。

• 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。
• 该框架容许不一样类型的集合，以相似的方式工做，具备高度的互操做性。
• 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。你能够直接使用这些接口的标准实现，诸如：LinkedList, HashSet, 和 TreeSet 等,除此以外你也能够经过这些接口实现本身的集合。

从上面的集合框架图能够看到，Java 集合框架主要包括两种类型的容器:

• 一种是集合（Collection），存储一个元素集合
• 另外一种是图（Map），存储键/值对映射

Collection 接口又有 3 种子类型，List、Set 和 Queue，再下面是一些抽象类，最后是具体实现类，经常使用的有 ArrayList、LinkedList、HashSet、LinkedHashSet、HashMap、LinkedHashMap 等等。

集合框架是一个用来表明和操纵集合的统一架构。全部的集合框架都包含以下内容：

• 接口：是表明集合的抽象数据类型。例如 Collection、List、Set、Map 等。之因此定义多个接口，是为了以不一样的方式操做集合对象
• 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，例如：ArrayList、LinkedList、HashSet、HashMap。
• 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，那是由于相同的方法能够在类似的接口上有着不一样的实现。

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 不是集合，可是它们彻底整合在集合中。

1. 集合接口

集合框架定义了一些接口。本节提供了每一个接口的概述：

序号	接口描述
1	Collection	Collection 是最基本的集合接口，一个 Collection 表明一组 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)。Collection 接口存储一组不惟一，无序的对象。
2	List	List接口是一个有序的 Collection，使用此接口可以精确的控制每一个元素插入的位置，可以经过索引(元素在List中位置，相似于数组的下标)来访问List中的元素，第一个元素的索引为 0，并且容许有相同的元素。List 接口存储一组不惟一，有序（插入顺序）的对象。
3	Set	Set 具备与 Collection 彻底同样的接口，只是行为上不一样，Set 不保存重复的元素。Set 接口存储一组惟一，无序的对象。
4	SortedSet	继承于Set保存有序的集合。
5	Map	Map 接口存储一组键值对象，提供key（键）到value（值）的映射。
6	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。
7	SortedMap	继承于 Map，使 Key 保持在升序排列。
8	Enumeration	这是一个传统的接口和定义的方法，经过它能够枚举（一次得到一个）对象集合中的元素。这个传统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，能够重复的元素。
2. Set检索效率低下，删除和插入效率高，插入和删除不会引发元素位置改变 <实现类有HashSet,TreeSet>。
3. List 和数组相似，能够动态增加，根据实际存储的数据的长度自动增加List的长度。查找元素效率高，插入删除效率低，由于会引发其余元素位置改变 <实现类有ArrayList,LinkedList,Vector>。

---

2. 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，这些类能够直接拿来使用，而另一些是抽象类，提供了接口的部分实现。

标准集合类汇总于下表：

序号	接口描述
1	AbstractCollection	实现了大部分的集合接口。
2	AbstractList	继承于AbstractCollection 而且实现了大部分List接口。
3	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。
4	LinkedList	该类实现了List接口，容许有null（空）元素。主要用于建立链表数据结构，该类没有同步方法，若是多个线程同时访问一个List，则必须本身实现访问同步，解决方法就是在建立List时候构造一个同步的List。例如: Listlist=Collections.synchronizedList(newLinkedList(...)); LinkedList 查找效率低。
5	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,在多线程的状况下不要使用。ArrayList 增加当前长度的50%，插入删除效率低。
6	AbstractSet	继承于AbstractCollection 而且实现了大部分Set接口。
7	HashSet	该类实现了Set接口，不容许出现重复元素，不保证集合中元素的顺序，容许包含值为null的元素，但最多只能一个。
8	LinkedHashSet	具备可预知迭代顺序的 Set 接口的哈希表和连接列表实现。
9	TreeSet	该类实现了Set接口，能够实现排序等功能。
10	AbstractMap	实现了大部分的Map接口。
11	HashMap	HashMap 是一个散列表，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，具备很快的访问速度，最多容许一条记录的键为null，不支持线程同步。
12	TreeMap	继承了AbstractMap，而且使用一颗树。
13	WeakHashMap	继承AbstractMap类，使用弱密钥的哈希表。
14	LinkedHashMap	继承于HashMap，使用元素的天然顺序对元素进行排序.
15	IdentityHashMap	继承AbstractMap类，比较文档时使用引用相等。

---

java.util包中定义的类，以下所示：

序号	类描述
1	Vector	该类和ArrayList很是类似，可是该类是同步的，能够用在多线程的状况，该类容许设置默认的增加长度，默认扩容方式为原来的2倍。
2	Stack	栈是Vector的一个子类，它实现了一个标准的后进先出的栈。
3	Dictionary	Dictionary 类是一个抽象类，用来存储键/值对，做用和Map类类似。
4	Hashtable	Hashtable 是 Dictionary(字典) 类的子类，位于 java.util 包中。
5	Properties	Properties 继承于 Hashtable，表示一个持久的属性集，属性列表中每一个键及其对应值都是一个字符串。
6	BitSet	一个Bitset类建立一种特殊类型的数组来保存位值。BitSet中数组大小会随须要增长。

---

3. 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，一些方法可以抛出 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的。这些变量都不可改变。

序号	算法描述
1	Collection Algorithms	这里是一个列表中的全部算法实现。

---

4. 如何使用迭代器

通常遍历数组都是采用for循环或者加强for，这两个方法也能够用在集合框架，可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，使你可以经过循环来获得或删除集合的元素。ListIterator 继承了Iterator，以容许双向遍历列表和修改元素。

序号	迭代器方法描述
1	使用 Java Iterator	这里经过实例列出Iterator和listIterator接口提供的全部方法。

4.1 遍历 ArrayList

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        list.add("Hello");
        list.add("World");
        list.add("HAHAHAHA");
        //第一种遍历方法使用foreach遍历List
        //也能够改写for(int i=0;i<list.size();i++)这种形式
        for (String str : list) {
            System.out.println(str);
        }

        //第二种遍历，把链表变为数组相关的内容进行遍历
        String[] strArray = new String[list.size()];
        list.toArray(strArray);
        //这里也能够改写为  foreach(String str:strArray)这种形式
        for (int i = 0; i < strArray.length; i++) {
            System.out.println(strArray[i]);
        }

        //第三种遍历 使用迭代器进行相关遍历
        Iterator<String> ite = list.iterator();
        //判断下一个元素以后有值
        while (ite.hasNext()) {
            System.out.println(ite.next());
        }
    }
}

[解析]：

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，该方法能够不用担忧在遍历的过程当中会超出集合的长度。

4.2 遍历 Map

public class Test {

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

        //第一种：广泛使用，二次取值
        System.out.println("经过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("经过Map.entrySet使用iterator遍历key和value：");
        Iterator<Map.Entry<String, String>> it = map.entrySet().iterator();
        while (it.hasNext()) {
            Map.Entry<String, String> entry = it.next();
            System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue());
        }

        //第三种：推荐，尤为是容量大时
        System.out.println("经过Map.entrySet遍历key和value");
        for (Map.Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {
            System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue());
        }

        //第四种
        System.out.println("经过Map.values()遍历全部的value，但不能遍历key");
        for (String v : map.values()) {
            System.out.println("value= " + v);
        }
    }
}

---

5. 如何使用比较器

TreeSet 和 TreeMap 的按照排序顺序来存储元素. 然而，这是经过比较器来精肯定义按照什么样的排序顺序。

这个接口可让咱们以不一样的方式来排序一个集合。

序号	比较器方法描述
1	使用 Java Comparator	这里经过实例列出Comparator接口提供的全部方法

---

总结

Java 集合框架为程序员提供了预先包装的数据结构和算法来操纵他们。

集合是一个对象，可容纳其余对象的引用。集合接口声明对每一种类型的集合能够执行的操做。

集合框架的类和接口均在 java.util 包中。

任何对象加入集合类后，自动转变为 Object 类型，因此在取出的时候，须要进行强制类型转换。