Java语法总结--Java集合类

这一节我们来总结一下Java集合类。

Java集合总结
　　继承与Collection接口的–List接口
　　　　List接口本身的特点
　　　　常见的继承List接口的实用类
　　　　实用类对比
　　继承与Collection接口的–Set接口
　　　　Set接口本身的特点
　　　　常见的继承Set接口的实用类
　　　　实用类对比
　　继承与Collection接口的–Queue接口
　　　　Queue接口本身的特点
　　　　常见的继承Queue接口的实用类
　　特例独立的–Map接口
　　　　Map接口本身的特点
　　　　常见的继承Map接口的实用类
　　　　实用类对比
　　操作集合的工具类：Collections

Java集合总结

　　Java集合是每个Java程序员在日常开发中都会使用到，而且有时候使用得好的话，能事半功倍。细数Java集合，其实比较常见的就是List、Set、Map和Queue，在这四者之中，除了Map之外，其他三个接口都继承于Collection。 
　　在这里，首先我们要明确的是，List、Set、Map和Queue其实只是以接口的形式存在着的，所以在日常的程序开发中，请不要出现说想要直接初始化它们的想法和做法，虽然笔者也曾经犯过这样子的错误。

继承与Collection接口的–List接口

List接口本身的特点

　　List接口在Java的集合类中充当的是一个元素有序、元素可重复的集合角色。List继承于Collection集合，故其拥有了Collection集合的全部方法，同时，List集合也拥有属于自己的方法：用来实现根据元素索引来操作集合元素的作用。通过List集合的源码(JDK1.7)我们简单地看看List集合包含的方法:

package java.util;
public interface List extends Collection {

int size();                            //集合元素的数量
boolean contains(Object o);            //是否包含某变量，包含返回ture
Iterator<E> iterator();
Object[] toArray();                    //将集合转化为一个数组，所有的集合元素变成相应的数组元素
<T> T[] toArray(T[] a);                //将集合转化为一个类型T数组
boolean add(E e);                      //增加元素，成功返回true
boolean remove(Object o);              //移除元素，成功返回true
boolean containsAll(Collection<?> c);             //是否包含集合c中的全部元素，若是返回true
boolean addAll(Collection<? extends E> c);        //添加整个集合c中全部元素，
boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c);
boolean removeAll(Collection<?> c);               //移除该List集合中包含的c中的全部元素
boolean retainAll(Collection<?> c);               //是否包含c集合中的元素，包含返回ture
void clear();                                     //清空集合
boolean equals(Object o);
int hashCode();
E get(int index);                                 //根据index取元素值
E set(int index, E element);                      //根据index把List该元素重新复制element
void add(int index, E element);                   //根据index添加新元素element
E remove(int index);
int indexOf(Object o);                            //返回对象o在List集合中第一次出现的位置索引
int lastIndexOf(Object o);                        //返回对象o在List集合中最后一次出现的位置索引
ListIterator<E> listIterator();
ListIterator<E> listIterator(int index);
List<E> subList(int fromIndex, int toIndex);      //截断集合

}

常见的继承List接口的实用类

• ArrayList 
  　　ArrayList是基于数组实现的List类，故其封装了一个动态的、允许再分配的Object[]数组，ArrayList用initialCapacity参数来设置该数组的长度，当长度超过预设值后，ArrayList会动态增加。 
  ArrayList类是线程不安全的，如果要保证该集合的同步性，必须在程序中手动保证。 
  值得注意的是：虽说与以链表形式建立的LinkedList相比，ArrayList()的插入和修改速度较慢，但那个也是建立在数据量较大的情况下的，在数据量较小的情况下，ArrayList()不一定比LinkedList()方法要慢。另外，ArrayList在末尾插入和删除数据的话，速度反而比LinkedList要快
• LinkedList 
  　　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。 
  因为除了继承List接口外，LinkedList接口也继承了Deque接口，故也可以当作“栈”和队列（双向队列）来使用。因此LinkList接口也会多出一些Deque接口方面的方法，如offer()（将元素接到队列的尾部）、push()或offerFirst()（将元素加入栈的顶部）、peek()或peekFirst()（访问但是不删除栈顶元素）、pop()或者pollLast()（将栈顶元素弹出栈）等方法。
• Vector 
  　　Vector与ArrayList十分地相像，都是基于数组实现的List类，其也是封装了一个动态分配的Object[]数组，也可以使用initialCapacity参数来设置该数组的长度。 
  Vector是线程安全的，但是也因此Vector的性能很差。
• Stack 
  　　Stack是继承与Vector的子类，它主要用来模拟”栈“，因此也具备了peek()、pop()、push()等主要用于栈操作的方法。 
  　　由于Stack是一个比较古老的Java集合类，它同样是线程安全的，但也因此暴露出了性能较差的缺点，如果程序中要使用栈这样的数据结构的话，可以试一试ArrayDeque，该类也是List的实现类，但和LinkedList一样也继承了Deque接口。

实用类对比

分类	ArrayList	LinkedList	Vector	Stack
实现形式	动态数组	链表	动态数组	动态数组
线程安全性	线程不安全	线程不安全	线程安全	线程安全
优点	性能较高，随机访问速度快	插入和删除速度快	线程安全	线程安全
缺点	插入与删除元素的速度慢	随机访问速度访问速度慢	性能较差	性能较差

使用List集合有以下建议： 
1、遍历集合元素。ArrayList和Vector使用get()方法来获取遍历元素，LinkedList应该采用迭代器来遍历集合元素。 
2、插入和删除。当这类操作较多的时候，优先考虑使用LinkedList。 
3、多线程。当需要使用到多线程的ArrayList时，可以使用Collections将该集合类包装成线程安全的集合。

继承与Collection接口的–Set接口

Set接口本身的特点

　　Set代表的是无序的、不可重复的集合。因此在Set集合中加入数据元素时，Set集合通常不用记住元素的添加顺序。不可重复则是说当将两个相同的元素加入到一个Set集合中，则添加操作失败，add()方法返回false，且新元素不会被添加。

public interface Set extends Collection {

int size();                             //集合元素的数量

boolean isEmpty();                      //判断集合是否为空

boolean contains(Object o);              //是否包含某变量，包含返回ture

Iterator<E> iterator();

Object[] toArray();

<T> T[] toArray(T[] a);

boolean add(E e);

boolean remove(Object o);

boolean containsAll(Collection<?> c);              //是否包含c集合中的元素，包含返回ture

boolean addAll(Collection<? extends E> c);         //添加包含c集合中所有的元素，包含返回ture

boolean retainAll(Collection<?> c);                 

boolean removeAll(Collection<?> c);

void clear();

boolean equals(Object o);

int hashCode();

}

常见的继承Set接口的实用类

• HashSet 
  HashSet按照Hash算法来存储集合中的元素，因此具有良好的存取和查找功能。 
  HashSet有三个特点：与TreeSet不同，HashSet是无序的；不是线程同步；集合元素可以是null值。 
  HashSet集合的存储过程：当向HashSet集合中存入一个元素时，HashSet会调用该对象的hashCode()方法来得到该对象的hashCode值，然后根据该值决定该对象在HashSet中的存储位置。如果有两个元素通过equals()方法返回true，但他们的hashCode()方法返回值不相等，HashSet也会将其存储在不同的位置。也就是说:HashSet的添加元素判断标准是：两个对象通过equals()方法比较相等，并且两个对象的hashCode()方法返回值也相等。
• LinkedHashSet 
  LinkedHashSet是继承于HashSet的子类。 
  但是与父类不同的是，LinkedHashSet用以链表的形式来维护元素的次序，也就是说：LinkedHashSet是有序的。遍历该集合时输出顺序为添加顺序。
• TreeSet 
  TreeSet是SortedSet接口的实现类，所以TreeSet可以确保集合元素处于排序状态。TreeSet使用红黑树来维护集合元素的次序。如果实现comparator()方法，可以实现定制排序。如果采用自然排序，则返回null。 
  TreeSet集合的特有方法:first()、last()、lower(Object e)（返回指定元素之前的元素）、higher(Object e)（返回指定元素之后的元素）等等。 
  下面我们说一说TreeSet的定制排序和自然排序： 
  1、 定制排序 
  通过Comparator接口的帮助，实现降序排序。 
  2、 自然排序 
  TreeSet通过CompareTo（Object obj）比较元素之间的大小关系，将集合元素按升序排列。实现元素必须实现Comparable元素，而且在比较的时候如果出现不同类型时要转换类型后比较。
• EnumSet 
  EnumSet是专门为枚举类设计的集合类，EnumSet中的所有元素都必须是指定枚举类型的枚举值，该枚举类型在创建EnumSet时显式或隐式地指定。 
  EnumSet在内部以位向量的形式存储，十分紧凑、高效，因此EnumSet对象占用内存很小，且运行效率很高。但是该集合元素中不允许加入null元素。

实用类对比

分类	HashSet	LinkedHashSet	TreeSet	EnumSet
实现形式	Hash存储	链表+Hash存储	红黑树	枚举类型（位向量）
线程安全性	线程不安全	线程不安全	线程不安全	线程不安全
优点	插入和删除速度快	集合元素有序，插入和删除速度较快	集合元素有序，插入和删除速度较快	批量操作速度较快，性能最好
缺点	集合元素无序	(链表)性能较差	(红黑树)性能较差	只能用来存储枚举类型

继承与Collection接口的–Queue接口

Queue接口本身的特点

Queue用来模拟队列这种数据结构，故其拥有add()、element()、offer()、peek()、poll()、remove()等方法。

package java.util;
public interface Queue extends Collection {

boolean add(E e);         //在队尾增加元素e

boolean offer(E e);       //在队尾增加元素e

E remove();               //获取队列头部的元素，并移除该元素

E poll();                 //获取队列头部的元素，并移除该元素

E element();              //获取队列头部的元素，但不移除该元素

E peek();                 //获取队列头部的元素，但不移除该元素

}

常见的继承Queue接口的实用类

• PriorityQueue 
  PriorityQueue是Queue的标准队列实现类。PriorityQueue不是按照加入队列的顺序进行排列的，而是根据队列大小进行重新排序的（升序），这一点要特别注意的。 
  PriorityQueue中不允许插入null元素，它也有两种排序方式：自然排序（实现Comparable接口，且为同一个类比较）和定制排序（建立对象时传入一个Comparator对象）。这个部分和TreeSet的要求基本一致。
• Deque–ArrayDeque 
  首先要说明的是:Deque是Queue的子接口，代表的是双向链表，故该接口中也定义了一些方法来从两端来操作队列的数据。 
  ArrayDeque：是一个基于数组实现的双端队列，它与ArratList的实现体制很相像，都会采用了动态可再分配的数组来存储集合元素。但是其在用途上主要是被当作”栈“来使用。
• Deque–LinkedList 
  LinkedList在上述已表述过。与ArrayDeque不同的是，LinkedList是使用链表实现的。

特例独立的–Map接口

Map接口本身的特点

　　Map与上述三个接口不同的是，该接口无法继承于Collection接口，主要原因还是因为Map是用来存储具有映射关系的数据，所以Map中保存着两组值。一组值用来保存Map中的Key，另外一组用来保存Map里的value。值得注意的是：Map中的key不能重复。判断标准是同一个Map对象的任何两个key通过equals方法比较总是返回false。

package java.util;

public interface Map {

int size();

boolean isEmpty();

boolean containsKey(Object key);              //是否包含key值，如果是返回true

boolean containsValue(Object value);          //是否包含value值，如果是返回true

V get(Object key);                            //根据key值获取相应的value值

V remove(Object key);                         //根据key值从集合中移除相应的value值

void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m); //将指定的m中的key-value复制到该集合中

void clear();

Set<K> keySet();                              //返回该Map中所有key组成Set集合

Collection<V> values();                       //返回该Map中所有的value组成的Collection

Set<Map.Entry<K, V>> entrySet();              //返回Map中包含的key-value对所组成的Set组合，每个集合元素都是Map.Entry对象。

interface Entry<K,V> {

    K getKey();                               //返回该Entry里面包含的key值

    V getValue();                             //返回该Entry里面包含的value值

    V setValue(V value);                      //设置原本的value值并返回该值

    boolean equals(Object o);

    int hashCode();
}

boolean equals(Object o);

int hashCode();

}

Map与Set相似度极高，将Map中的key和value分离开来看。key组是使用set集合方法来存储的。不仅如此，在子类的实现方面，两者也有很多的相似，所以你也会发现两者子类的命名很相像。

常见的继承Map接口的实用类

• HashMap 
  HashMap是线程不安全的实现，且HashMap中可以使用null作为key或者value。
• LinkedHashMap 
  LinkedHashMap使用一个双向链表来维护key-value对的次序，其也是一个有序的Map集合，顺序与key-value对的插入顺序保持一致。
• TreeMap 
  TreeMap是一个红黑树的结构，每个key-value作为红黑树的一个节点。TreeMap也会对key进行排序，也分为自然排序和定制排序两种。
• EnumMap 
  EnumMap是一个与枚举类一起使用的Map实现。
• HashTable 
  HashTable是一个比较古老的Map实现类，它是一个线程安全的Map实现，且不允许使用null作为key和value。由于该类是比较久远的类，其性能较低，所以现在用的也比较少。 
  HashTable判断value相等的标准是：value与另外一个对象通过equals()方法返回true即可。

实用类对比

　　一般的应用场景，使用HashMap已经够用了。它非常适合于快速查询。但是如果程序需要一个排序的Map集合，可以考虑使用TreeMap。

操作集合的工具类：Collections

　　Java提供了一个操作Set、List和Map等集合的工具类：Collections，该类提供了大量的方法对集合元素进行排序、查询和修改等操作，还提供了将集合对象设置为不可变、对集合对象实现同步控制。

• 排序：reverse()(反转集合元素顺序)、shuffle()(随机排列)、sort()、swap()等方法。
• 查找和替换：binarySearch(list,obj)(二分查找指定List集合元素obj的索引)、max()、min()、fill()、frequency()(返回指定集合元素的出现次数)、replaceAll()等方法。
• 同步控制：Collections提供了多个synchronizedXxx()方法，该方法可以将指定的集合包装成线程同步的集合，进而解决了多线程并发访问集合时的线程安全问题。
• 设置不可变集合：Collections提供三个方法来返回一个不可变的集合：emptyXxx()(返回一个空的、不可变的集合对象)、singletonXxx()、unmodifiableXxx()方法。