Collection接口框架图

Java集合大致可分为Set、List和Map三种体系，其中Set代表无序、不可重复的集合；List代表有序、重复的集合；而Map则代表具有映射关系的集合。Java 5之后，增加了Queue体系集合，代表一种队列集合实现。

Java集合框架主要由Collection和Map两个根接口及其子接口、实现类组成。本文仅探讨Collection接口及其子接口、实现类。

1. Collection接口继承树

2. Collection接口是Set、List和Queue接口的父接口，基本操作包括：

• add(Object o)：增加元素
• addAll(Collection c)：...
• clear()：...
• contains(Object o)：是否包含指定元素
• containsAll(Collection c)：是否包含集合c中的所有元素
• iterator()：返回Iterator对象，用于遍历集合中的元素
• remove(Object o)：移除元素
• removeAll(Collection c)：相当于减集合c
• retainAll(Collection c)：相当于求与c的交集
• size()：返回元素个数
• toArray()：把集合转换为一个数组

3.Set子接口

Set集合不允许包含相同的元素，而判断两个对象是否相同则是根据equals方法。

3.1 HashSet类

HashSet类是Set接口的典型实现类。特点：

1. 不能保证元素的排列顺序，加入的元素要特别注意hashCode()方法的实现。
2. HashSet不是同步的，多线程访问同一步HashSet对象时，需要手工同步。
3. 集合元素值可以是null。

3.2 LinkedHashSet类

LinkedHashSet类也是根据元素的hashCode值来决定元素的存储位置，但它同时使用链表维护元素的次序。与HashSet相比，特点：

1. 对集合迭代时，按增加顺序返回元素。
2. 性能略低于HashSet，因为需要维护元素的插入顺序。但迭代访问元素时会有好性能，因为它采用链表维护内部顺序。

3.3 SortedSet接口及TreeSet实现类

TreeSet类是SortedSet接口的实现类。因为需要排序，所以性能肯定差于HashSet。与HashSet相比，额外增加的方法有：

1. first()：返回第一个元素
2. last()：返回最后一个元素
3. lower(Object o)：返回指定元素之前的元素
4. higher(Obect o)：返回指定元素之后的元素
5. subSet(fromElement, toElement)：返回子集合

可以定义比较器（Comparator）来实现自定义的排序。默认自然升序排序。

3.4 EnumSet类

EnumSet类是专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。《Effective Java》第32条，用EnumSet代替位域，示范：

// EnumSet - a modern replacement for bit fields - Page 160
import java.util.*;

public class Text {
    public enum Style { BOLD, ITALIC, UNDERLINE, STRIKETHROUGH }

    // Any Set could be passed in, but EnumSet is clearly best
    public void applyStyles(Set<Style> styles) {
        // Body goes here
    }

    // Sample use
    public static void main(String[] args) {
        Text text = new Text();
        text.applyStyles(EnumSet.of(Style.BOLD, Style.ITALIC));
    }
}

4. List子接口

List子接口是有序集合，所以与Set相比，增加了与索引位置相关的操作：

• add(int index, Object o)：在指定位置插入元素
• addAll(int index, Collection c)：...
• get(int index)：取得指定位置元素
• indexOf(Obejct o)：返回对象o在集合中第一次出现的位置
• lastIndexOf(Object o)：...
• remove(int index)：删除并返回指定位置的元素
• set(int index, Object o)：替换指定位置元素
• subList(int fromIndex, int endIndex)：返回子集合

4.1 ArrayList和Vector实现类

1. 这两个类都是基于数组实现的List类。
2. ArrayList是线程不安全的，而Vector是线程安全的。但Vector的性能会比ArrayList低，且考虑到兼容性的原因，有很多重复方法。
3. Vector提供一个子类Stack，可以挺方便的模拟“栈”这种数据结构（LIFO，后进先出）。

结论：不推荐使用Vector类，即使需要考虑同步，即也可以通过其它方法实现。同样我们也可以通过ArrayDeque类或LinkedList类实现“栈”的相关功能。所以Vector与子类Stack，建议放进历史吧。

4.2 LinkedList类

不像ArrayList是基于数组实现的线性表，LinkedList类是基于链表实现的。

另外还有固定长度的List：Arrays工具类的方法asList(Object... a)可以将数组转换为List集合，它是Arrays内部类ArrayList的实例，特点是不可以增加元素，也不可以删除元素。

5. Queue子接口

Queue用于模拟队列这种数据结构，实现“FIFO”等数据结构。通常，队列不允许随机访问队列中的元素。

Queue 接口并未定义阻塞队列的方法，而这在并发编程中是很常见的。BlockingQueue 接口定义了那些等待元素出现或等待队列中有可用空间的方法，这些方法扩展了此接口。

Queue 实现通常不允许插入 null 元素，尽管某些实现（如 LinkedList）并不禁止插入 null。即使在允许 null 的实现中，也不应该将 null 插入到 Queue 中，因为 null 也用作 poll 方法的一个特殊返回值，表明队列不包含元素。

基本操作：

• boolean add(E e) : 将元素加入到队尾，不建议使用
• boolean offer(E e): 将指定的元素插入此队列（如果立即可行且不会违反容量限制），当使用有容量限制的队列时，此方法通常要优于 add(E)，后者可能无法插入元素，而只是抛出一个异常。推荐使用此方法取代add
• E remove(): 获取头部元素并且删除元素，不建议使用
• E poll(): 获取头部元素并且删除元素，队列为空返回null；推荐使用此方法取代remove
• E element(): 获取但是不移除此队列的头
• E peek(): 获取队列头部元素却不删除元素，队列为空返回null

    @Test
    public void testQueue() {
        Queue<String> queue = new LinkedList<String>();
        queue.offer("1.你在哪儿？");
        queue.offer("2.我在这里。");
        queue.offer("3.那你又在哪儿呢？");
        String str = null;
        while ((str = queue.poll()) != null) {
            System.out.println(str);
        }
    }

5.1 PriorityQueue类

PriorityQueue保存队列元素的顺序并不是按照加入队列的顺序，而是按队列元素的大小重新排序。当调用peek()或者是poll()方法时，返回的是队列中最小的元素。当然你可以与TreeSet一样，可以自定义排序。自定义排序的一个示范：

    @Test
    public void testPriorityQueue() {
        PriorityQueue<Integer> pq = new PriorityQueue<Integer>(20, new Comparator<Integer>() {
            public int compare(Integer i, Integer j) {
                // 对数字进行奇偶分类，然后比较返回；偶数有较低的返回值（对2取余数然后相减），奇数直接相减。
                int result = i % 2 - j % 2;
                if (result == 0)
                    result = i - j;
                return result;
            }
        });

        // 倒序插入测试数据
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            pq.offer(20 - i);
        }

        // 打印结果，偶数因为有较低的值，所以排在前面
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            System.out.println(pq.poll());
        }
    }

输出：

2,4,6,8,10,12,14,16,18,20,1,3,5,7,9,11,13,15,17,19,

5.2 Deque子接口与ArrayDeque类

Deque代表一个双端队列，可以当作一个双端队列使用，也可以当作“栈”来使用，因为它包含出栈pop()与入栈push()方法。

ArrayDeque类为Deque的实现类，数组方式实现。方法有：

• addFirst(Object o)：元素增加至队列开头
• addLast(Object o)：元素增加至队列末尾
• poolFirst()：获取并删除队列第一个元素，队列为空返回null
• poolLast()：获取并删除队列最后一个元素，队列为空返回null
• pop()：“栈”方法，出栈，相当于removeFirst()
• push(Object o)：“栈”方法，入栈，相当于addFirst()
• removeFirst()：获取并删除队列第一个元素
• removeLast()：获取并删除队列最后一个元素

5.3 实现List接口与Deque接口的LinkedList类

LinkedList类是List接口的实现类，同时它也实现了Deque接口。因此它也可以当做一个双端队列来用，也可以当作“栈”来使用。并且，它是以链表的形式来实现的，这样的结果是它的随机访问集合中的元素时性能较差，但插入与删除操作性能非常出色。

6. 各种线性表选择策略

1. 数组：是以一段连续内存保存数据的；随机访问是最快的，但不支持插入、删除、迭代等操作。
2. ArrayList与ArrayDeque：以数组实现；随机访问速度还行，插入、删除、迭代操作速度一般；线程不安全。
3. Vector：以数组实现；随机访问速度一般，插入、删除、迭代速度不太好；线程安全的。
4. LinkedList：以链表实现；随机访问速度不太好，插入、删除、迭代速度非常快。