collection和map集合类知识点总结

collection和map集合类知识点总结

　　

　　最近在准备java基础知识的总结，发现对于集合类的知识点不少很杂，借鉴网上的帖子，整理以下。

1、定义

    集合框架是为表示和操做集合而规定的一种统一的标准的体系结构，在java中的集合框架主要分为两部分：Collection接口和Map接口。

2、  用法

（一）集合框架涉及的数据结构

    1．数据结构分类

    1）线性表是在内存中数据的一种组织、存储的方式；一维数组、顺序表、链表、栈、队列，循环队列、散列表等结构是逻辑上的概念，是一种理念与思想，是属于线性表中的一种逻辑实现。

      2）Java中数据结构涉及到了数组（一维、多维）、顺序表（ArrayList、Vector）、链表（LinkedArrayList、LinkedSet）、栈（stack）、队列（Queue）、散列表（HashMap）、树（TreeSet、TreeMap）等

（二）集合框架图谱

    1．集合框架主要实现类

   

    2．集合框架类图

    

    1）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。

     2）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。

     3）为何继承Iterable接口而不继承Iterator?

     由于Iterator接口的核心方法next()或者hasNext()是依赖于迭代器的当前迭代位置的。 若是Collection直接实现Iterator接口，势必致使集合对象中包含当前迭代位置的数据(指针)，当集合在不一样方法间被传递时，因为当前迭代位置不可预置，那么next()方法的结果会变成不可预知。 除非再为Iterator接口添加一个reset()方法，用来重置当前迭代位置。 但即便这样，Collection也只能同时存在一个当前迭代位置，而Iterable则否则，每次调用都会返回一个从头开始计数的迭代器。 多个迭代器是互不干扰的。

     不一样的Collection接口的子接口的实现类返回的Iterator具体类型可能不一样，Array可能返回ArrayIterator，Set可能返回 SetIterator，Tree可能返回TreeIterator，可是它们都实现了Iterator接口。所以，客户端不关心究竟是哪一种 Iterator，它只须要得到这个Iterator接口便可，这就是面向对象的威力。     

 

（三）Collection接口

    1．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LinkedList，ArrayList，Vector和Stack。

      1）ArrayList

      ArrayList实现了可变大小的数组，它容许全部元素，包括null。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LinkedList同样，ArrayList也是非同步的（unsynchronized）。

 

      2）LinkedList

      LinkedList实现了List接口，容许null元素。此外LinkedList提供额外的get，remove，insert方法在LinkedList的首部或尾部。这些操做使LinkedList可被用做堆栈（stack），队列（queue）或双向队列（deque）,能够认为LinkedList在方法和逻辑上和ArrayList是同样的，只是在性能上有必定的区别，ArrayList适合随机访问LinkedList更适合插入和删除，在对性能没有很大要求是是能够忽略这个差异的。

　　   注意LinkedList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.synchronizedList(new LinkedList(...));

 

      3）Vector

      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。

      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，LinkedList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！

 

      4）Stack

      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。

 

     2．Set接口

     Set是一种不包括重复元素的Collection。它维持它本身的内部排序，因此随机访问没有任何意义。与List同样，它一样运行null的存在可是仅有一个。因为Set接口的特殊性，全部传入Set集合中的元素都必须不一样，同时要注意任何可变对象，若是在对集合中元素进行操做时，致使e1.equals(e2)==true，则一定会产生某些问题。实现了Set接口的集合有：EnumSet、HashSet、TreeSet。

      1）HashSet

      HashSet堪称查询速度最快的集合，由于其内部是以HashCode来实现的。它内部元素的顺序是由哈希码来决定的，因此它不保证set 的迭代顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。

 

      2）TreeSet

      基于TreeMap，生成一个老是处于排序状态的set，内部以TreeMap来实现。它是使用元素的天然顺序对元素进行排序，或者根据建立Set 时提供的Comparator进行排序，具体取决于使用的构造方法。

 

      3）LinkedHashSet

      底层是链表实现的,是set集合中惟一一个能保证怎么存就怎么取的集合对象，由于是HashSet的子类,因此也是保证元素惟一的,与HashSet的原理同样。

 

    3．Queue接口

     1）阻塞式队列（BlockingQueue）：队列满了之后再插入元素则会抛出异常，主要包括ArrayBlockQueue、PriorityBlockingQueue、LinkedBlockingQueue。

       2）双端队列（Deque）:支持在头、尾两端插入和移除元素，主要包括：ArrayDeque、LinkedBlockingDeque、LinkedList。

 

（四）Map接口

   Map与List、Set接口不一样，它是由一系列键值对组成的集合，提供了key到Value的映射。同时它也没有继承Collection。在Map中它保证了key与value之间的一一对应关系。也就是说一个key对应一个value，因此它不能存在相同的key值，固然value值能够相同。实现map的有：HashMap、TreeMap、Hashtable、Properties、EnumMap。

 

      1）HashMap

      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。

 

      2）TreeMap

      键以某种排序规则排序，内部以red-black（红-黑）树数据结构实现，实现了SortedMap接口

 

      3）Hashtable

     Hashtable继承Dictionary类实现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。Hashtable是同步的。

 

3、总结

（一）集合类型的异同点

    1．Vector和ArrayList

      1）vector是线程同步的，因此它也是线程安全的，而arraylist是线程异步的，是不安全的。若是不考虑到线程的安全因素，通常用arraylist效率比较高。

       2）若是集合中的元素的数目大于目前集合数组的长度时，vector增加率为目前数组长度的100%,而arraylist增加率为目前数组长度的50%.如过在集合中使用数据量比较大的数据，用vector有必定的优点。

       3）若是查找一个指定位置的数据，vector和arraylist使用的时间是相同的，都是0(1),这个时候使用vector和arraylist均可以。而若是移动一个指定位置的数据花费的时间为0(n-i)n为总长度，这个时候就应该考虑到使用linklist,由于它移动一个指定位置的数据所花费的时间为0(1),而查询一个指定位置的数据时花费的时间为0(i)。

      4）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，LinkedList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！

 

     2．Aarraylist和Linkedlist

       1）ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构，LinkedList基于链表的数据结构。

         2）对于随机访问get和set，ArrayList以为优于LinkedList，由于LinkedList要移动指针。

         3）对于新增和删除操做add和remove，LinedList比较占优点，由于ArrayList要移动数据。

         4）这一点要看实际状况的。若只对单条数据插入或删除，ArrayList的速度反而优于LinkedList。但如果批量随机的插入删除数据，LinkedList的速度大大优于ArrayList. 由于ArrayList每插入一条数据，要移动插入点及以后的全部数据。

 

    3．HashMap与TreeMap

      1）HashMap经过hashcode对其内容进行快速查找，而TreeMap中全部的元素都保持着某种固定的顺序，若是你须要获得一个有序的结果你就应该使用TreeMap（HashMap中元素的排列顺序是不固定的）。HashMap中元素的排列顺序是不固定的）。

       2）HashMap经过hashcode对其内容进行快速查找，而TreeMap中全部的元素都保持着某种固定的顺序，若是你须要获得一个有序的结果你就应该使用TreeMap（HashMap中元素的排列顺序是不固定的）。集合框架”提供两种常规的Map实现：HashMap和TreeMap (TreeMap实现SortedMap接口)。

       3）在Map 中插入、删除和定位元素，HashMap 是最好的选择。但若是您要按天然顺序或自定义顺序遍历键，那么TreeMap会更好。使用HashMap要求添加的键类明肯定义了hashCode()和 equals()的实现。 这个TreeMap没有调优选项，由于该树总处于平衡状态。

 

    4．Hashtable与HashMap

      1）历史缘由:Hashtable是基于陈旧的Dictionary类的，HashMap是Java 1.2引进的Map接口的一个实现 。

       2）同步性:Hashtable是线程安全的，也就是说是同步的，而HashMap是线程序不安全的，不是同步的 。

       3）值：只有HashMap可让你将空值做为一个表的条目的key或value 。

 

（二）如何选择合适的集合类型

    1．对List的选择

      1）对于随机查询与迭代遍历操做，数组比全部的容器都要快。因此在随机访问中通常使用ArrayList。

       2）LinkedList使用双向链表对元素的增长和删除提供了很是好的支持，而ArrayList执行增长和删除元素须要进行元素位移。

       3）对于Vector而已，咱们通常都是避免使用。

       4）将ArrayList当作首选，毕竟对于集合元素而已咱们都是进行遍历，只有当程序的性能由于List的频繁插入和删除而下降时，再考虑LinkedList。

 

    2．对Set的选择

      1）HashSet因为使用HashCode实现，因此在某种程度上来讲它的性能永远比TreeSet要好，尤为是进行增长和查找操做。

       2）虽然TreeSet没有HashSet性能好，可是因为它能够维持元素的排序，因此它仍是存在用武之地的。

 

    3．对Map的选择

      1）HashMap与HashSet一样，支持快速查询。虽然HashTable速度的速度也不慢，可是在HashMap面前仍是稍微慢了些，因此HashMap在查询方面能够取代HashTable。

       2）因为TreeMap须要维持内部元素的顺序，因此它一般要比HashMap和HashTable慢。