Java集合系统

前言：

要想学习java的集合体系，就必须先了解java的集合框架，总的来说，分为Collection和Map体系。

Collection集合框架：

Map集合框架：

一、 Collection接口

　　 Collection是最基本的集合接口，一个Collection代表一组Object，即Collection的元素（Elements）。一些 Collection允许相同的元素而另一些不行。一些能排序而另一些不行。

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。

　　 所有实现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创建一个空的Collection，有一个 Collection参数的构造函数用于创建一个新的Collection，这个新的Collection与传入的Collection有相同的元素。后 一个构造函数允许用户复制一个Collection。

　　如何遍历Collection中的每一个元素？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，使用该迭代子即可逐一访问Collection中每一个元素。典型的用法如下：

　　　　Iterator it = collection.iterator(); // 获得一个迭代子

　　　　while(it.hasNext()) {

　　　　　　Object obj = it.next(); // 得到下一个元素

　　　　}

　　Collection接口中对集合元素的操作方法可查JDK文档，此处不再陈述，由Collection接口派生的两个接口是List和Set。

二、 List接口

　　 List是有序的Collection，使用此接口能够精确的控制每个元素插入的位置。用户能够使用索引（元素在List中的位置，类似于数组下标）来访问List中的元素，这类似于Java的数组。

和下面要提到的Set不同，List允许有相同的元素。

　　除了具有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，允许添加，删除，设定元素， 还能向前或向后遍历。

　　实现List接口的常用类有LinkedList，ArrayList，Vector和Stack。



三、 LinkedList类

　　LinkedList实现了List接口，允许null元素。此外LinkedList提供额外的get，remove，insert方法在 LinkedList的首部或尾部。这些操作使LinkedList可被用作堆栈（stack），队列（queue）或双向队列（deque）。

　　注意LinkedList没有同步方法。如果多个线程同时访问一个List，则必须自己实现访问同步。一种解决方法是在创建List时构造一个同步的List：

　　List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));

public class LinkedListTest
{
	public static void main(String[] args)
	{
		LinkedList books = new LinkedList();
		//将字符串元素加入队列的尾部
		books.offer("疯狂Java讲义");
		//将一个字符串元素加入栈的顶部
		books.push("轻量级Java EE企业应用实战");
		//将字符串元素添加到队列的头部（相当于栈的顶部）
		books.offerFirst("疯狂Android讲义");
		for (int i = 0; i < books.size() ; i++ )
		{
			System.out.println(books.get(i));
		}
		//访问、并不删除栈顶的元素
		System.out.println(books.peekFirst());
		//访问、并不删除队列的最后一个元素
		System.out.println(books.peekLast());
		//将栈顶的元素弹出“栈”
		System.out.println(books.pop());
		//下面输出将看到队列中第一个元素被删除
		System.out.println(books);
		//访问、并删除队列的最后一个元素
		System.out.println(books.pollLast());
		//下面输出将看到队列中只剩下中间一个元素：
		//轻量级Java EE企业应用实战
		System.out.println(books);
	}
}

四、 ArrayList类

　　ArrayList实现了可变大小的数组。它允许所有元素，包括null。ArrayList没有同步。

    ArrayList提供的size，isEmpty，get，set方法运行结果为常数。但是add方法开销为分摊的常数，添加n个元素需要O(n)的时间。其他的方法运行时间为线性。

　　每个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加，但是增长算法 并没有定义。当需要插入大量元素时，在插入前可以调用ensureCapacity方法来增加ArrayList的容量以提高插入效率。

　　和LinkedList一样，ArrayList也是非同步的（unsynchronized）。

class A
{
	public boolean equals(Object obj)
	{
		return true;
	}
}
public class ListTest2
{
	public static void main(String[] args)
	{
		List books = new ArrayList();
		books.add(new String("轻量级Java EE企业应用实战"));
		books.add(new String("疯狂Java讲义"));
		books.add(new String("疯狂Android讲义"));
		System.out.println(books);
		//删除集合中A对象，将导致第一个元素被删除
		books.remove(new A());     //①
		System.out.println(books);
		//删除集合中A对象，再次删除集合中第一个元素
		books.remove(new A());     //②
		System.out.println(books);
	}
}

五、 Vector类

　　Vector非常类似ArrayList，但是Vector是同步的。由Vector创建的Iterator，虽然和 ArrayList创建的Iterator是同一接口，但是，因为Vector是同步的，当一个Iterator被创建而且正在被使用，另一个线程改变了 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，因此必须捕获该异常。

六、 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得以被当作堆栈使用。基本的push和pop 方法，还有peek方法得到栈顶的元素，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刚创建后是空栈。

public class VectorTest
{
	public static void main(String[] args)
	{
		<strong>Stack v = new Stack();</strong>
		//依次将三个元素push入"栈"
		v.push("疯狂Java讲义");
		v.push("轻量级Java EE企业应用实战");
		v.push("疯狂Android讲义");
		//输出：[疯狂Java讲义, 轻量级Java EE企业应用实战 , 疯狂Android讲义]
		System.out.println(v);
		//访问第一个元素，但并不将其pop出"栈"，输出：疯狂Android讲义
		System.out.println(v.peek());
		//依然输出：[疯狂Java讲义, 轻量级Java EE企业应用实战 , 疯狂Android讲义]
		System.out.println(v);
		//pop出第一个元素，输出：疯狂Android讲义
		System.out.println(v.pop());
		//输出：[疯狂Java讲义, 轻量级Java EE企业应用实战]
		System.out.println(v);
	}
}

七、 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：必须小心操作可变对象（Mutable Object）。如果一个Set中的可变元素改变了自身状态导致Object.equals(Object)=true将导致一些问题。



八、 HashSet

HashSet判断集合元素是否相等的标准是： 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。

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HashCode值决定该对象在HashSet中的存储位置。如果两个对象通过equals方法返回true，但它们的hashCode（）方法返回值不相等，HashSet将会把他们存储在不同的位置，依然可以添加成功。

示例1：

class A
{
	public boolean equals(Object obj)
	{
		return true;
	}
}
	//类B的hashCode()方法总是返回1,但没有重写其equals()方法
class B
{
	public int hashCode()
	{
		return 1;
	}
}
	//类C的hashCode()方法总是返回2,且有重写其equals()方法
class C
{
	public int hashCode()
	{
		return 2;
	}
	public boolean equals(Object obj)
	{
		return true;
	}
}
public class HashSetTest
{
	public static void main(String[] args)
	{
		HashSet books = new HashSet();
		//分别向books集合中添加两个A对象，两个B对象，两个C对象
		books.add(new A());
		books.add(new A());
		books.add(new B());
		books.add(new B());
		books.add(new C());
		books.add(new C());
		System.out.println(books);
	}
}

示例2：

class R
{
	int count;
	public R(int count)
	{
		this.count = count;
	}
	public String toString()
	{
		return "R[count:" + count + "]";
	}
	public boolean equals(Object obj)
	{
		if(this == obj)
			return true;
		if (obj != null && obj.getClass() == R.class)
		{
			R r = (R)obj;
			if (r.count == this.count)
			{
				return true;
			}
		}
		return false;
	}
	public int hashCode()
	{
		return this.count;
	}
}
public class HashSetTest2
{
	public static void main(String[] args)
	{
		HashSet hs = new HashSet();
		hs.add(new R(5));
		hs.add(new R(-3));
		hs.add(new R(9));
		hs.add(new R(-2));
		//打印HashSet集合，集合元素没有重复
		System.out.println(hs);
		//取出第一个元素
		Iterator it = hs.iterator();
		R first = (R)it.next();
		//为第一个元素的count实例变量赋值
		first.count = -3;     //①
		//再次输出HashSet集合，集合元素有重复元素
		System.out.println(hs);
		//删除count为-3的R对象
		hs.remove(new R(-3));   //
		//可以看到被删除了一个R元素
		System.out.println(hs);
		//输出false
		System.out.println("hs是否包含count为-3的R对象？"
			+ hs.contains(new R(-3)));
		//输出false
		System.out.println("hs是否包含count为5的R对象？"
			+ hs.contains(new R(5)));
	}
}

九、 TreeSet集合

TreeSet是一个可排序的集合类，集合中的元素要求必须实现Comparable接口，该接口里定义了一个compareTo(Object obj)方法，该方法返回一个整数，实现该接口的类必须实现该方法。

例如： obj1.conpareTo(obj2)，如果该方法返回0，则表明这两个对象相等； 如果返回一个正整数，表明obj1大于obj2，如果返回一个负数，表明obj1小于obj2.

示例1：

public class TreeSetTest
{
	public static void main(String[] args)
	{
		TreeSet nums = new TreeSet();
		//向TreeSet中添加四个Integer对象
		nums.add(5);
		nums.add(2);
		nums.add(10);
		nums.add(-9);
		//输出集合元素，看到集合元素已经处于排序状态
		System.out.println(nums);
		//输出集合里的第一个元素
		System.out.println(nums.first());
		//输出集合里的最后一个元素
		System.out.println(nums.last());
		//返回小于4的子集，不包含4
		System.out.println(nums.headSet(4));
		//返回大于5的子集，如果Set中包含5，子集中还包含5
		System.out.println(nums.tailSet(5));
		//返回大于等于-3，小于4的子集。
		System.out.println(nums.subSet(-3 , 4));
	}
}

示例2:

class R implements Comparable
{
	int count;
	public R(int count)
	{
		this.count = count;
	}
	public String toString()
	{
		return "R[count:" + count + "]";
	}
	//重写equals方法，根据count来判断是否相等
	public boolean equals(Object obj)
	{
		if (this == obj)
		{
			return true;
		}
		if(obj != null && obj.getClass() == Z.class)
		{
			R r = (R)obj;
			if (r.count == this.count)
			{
			return true;
			}
		}
		return false;
	}
	//重写compareTo方法，根据count来比较大小
	public int compareTo(Object obj)
	{
		R r = (R)obj;
		return count > r.count ? 1 :
			count < r.count ? -1 : 0;
	}
}
public class TreeSetTest3
{
	public static void main(String[] args)
	{
		TreeSet ts = new TreeSet();
		ts.add(new R(5));
		ts.add(new R(-3));
		ts.add(new R(9));
		ts.add(new R(-2));
		//打印TreeSet集合，集合元素是有序排列的
		System.out.println(ts);    //①
		//取出第一个元素
		R first = (R)ts.first();
		//对第一个元素的count赋值
		first.count = 20;
		//取出最后一个元素
		R last = (R)ts.last();
		//对最后一个元素的count赋值，与第二个元素的count相同
		last.count = -2;
		//再次输出将看到TreeSet里的元素处于无序状态，且有重复元素
		System.out.println(ts);   //②
		//删除Field被改变的元素，删除失败
		System.out.println(ts.remove(new R(-2)));    //③
		System.out.println(ts);
		//删除Field没有改变的元素，删除成功
		System.out.println(ts.remove(new R(5)));   //④
		System.out.println(ts);
	}
}

十、 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的内容可以被当作一组key集合，一组value集合，或者一组key-value映射。



十一、 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）的对象都可作为key或者value。

　　添加数据使用put(key, value)，取出数据使用get(key)，这两个基本操作的时间开销为常数。

Hashtable通过initial capacity和load factor两个参数调整性能。通常缺省的load factor 0.75较好地实现了时间和空间的均衡。增大load factor可以节省空间但相应的查找时间将增大，这会影响像get和put这样的操作。

使用Hashtable的简单示例如下，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，比如2，用相应的key：

　　　　Integer n = (Integer)numbers.get(“two”);

　　　　System.out.println(“two = ” + n);

　　由于作为key的对象将通过计算其散列函数来确定与之对应的value的位置，因此任何作为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，如果你用自定义的类当作key的话，要相当小心，按照散列函数的定义，如果两个对象相 同，即obj1.equals(obj2)=true，则它们的hashCode必须相同，但如果两个对象不同，则它们的hashCode不一定不同，如 果两个不同对象的hashCode相同，这种现象称为冲突，冲突会导致操作哈希表的时间开销增大，所以尽量定义好的hashCode()方法，能加快哈希
表的操作。

　　如果相同的对象有不同的hashCode，对哈希表的操作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，只需要牢记一条：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。

class A
{
	int count;
	public A(int count)
	{
		this.count = count;
	}
	//根据count的值来判断两个对象是否相等。
	public boolean equals(Object obj)
	{
		if (obj == this)
			return true;
		if (obj!=null &&
			obj.getClass()==A.class)
		{
			A a = (A)obj;
			return this.count == a.count;
		}
		return false;
	}
	//根据count来计算hashCode值。
	public int hashCode()
	{
		return this.count;
	}
}
class B
{
	//重写equals()方法，B对象与任何对象通过equals()方法比较都相等
	public boolean equals(Object obj)
	{
		return true;
	}
}
public class HashtableTest
{
	public static void main(String[] args)
	{
		Hashtable ht = new Hashtable();
		ht.put(new A(60000) , "疯狂Java讲义");
		ht.put(new A(87563) , "轻量级Java EE企业应用实战");
		ht.put(new A(1232) , new B());
		System.out.println(ht);
		//只要两个对象通过equals比较返回true，
		//Hashtable就认为它们是相等的value。
		//由于Hashtable中有一个B对象，
		//它与任何对象通过equals比较都相等，所以下面输出true。
		System.out.println(ht.containsValue("测试字符串"));  //①
		//只要两个A对象的count相等，它们通过equals比较返回true，且hashCode相等
		//Hashtable即认为它们是相同的key，所以下面输出true。
		System.out.println(ht.containsKey(new A(87563)));   //②
		//下面语句可以删除最后一个key-value对
		ht.remove(new A(1232));    //③
		//通过返回Hashtable的所有key组成的Set集合，
		//从而遍历Hashtable每个key-value对
		for (Object key : ht.keySet())
		{
			System.out.print(key + "---->");
			System.out.print(ht.get(key) + "\n");
		}
	}
}

十二、 HashMap类

　　HashMap和Hashtable类似，不同之处在于HashMap是非同步的，并且允许null，即null value和null key。，但是将HashMap视为Collection时（values()方法可返回Collection），其迭代子操作时间开销和HashMap 的容量成比例。因此，如果迭代操作的性能相当重要的话，不要将HashMap的初始化容量设得过高，或者load factor过低。

public class NullInHashMap
{
	public static void main(String[] args)
	{
		HashMap hm = new HashMap();
		//试图将两个key为null的key-value对放入HashMap中
		hm.put(null , null);
		hm.put(null , null);    //①
		//将一个value为null的key-value对放入HashMap中
		hm.put("a" , null);    //②
		//输出Map对象
		System.out.println(hm);
	}
}

十三、 WeakHashMap类

　　WeakHashMap是一种改进的HashMap，它对key实行“弱引用”，如果一个key不再被外部所引用，那么该key可以被GC回收。

public class WeakHashMapTest
{
	public static void main(String[] args)
	{
		WeakHashMap whm = new WeakHashMap();
		//将WeakHashMap中添加三个key-value对，
		//三个key都是匿名字符串对象（没有其他引用）
		whm.put(new String("语文") , new String("良好"));
		whm.put(new String("数学") , new String("及格"));
		whm.put(new String("英文") , new String("中等"));
		//将WeakHashMap中添加一个key-value对，
		//该key是一个系统缓存的字符串对象。
		whm.put("java" , new String("中等"));
		//输出whm对象，将看到4个key-value对。
		System.out.println(whm);
		//通知系统立即进行垃圾回收
		System.gc();
		System.runFinalization();
		//通常情况下，将只看到一个key-value对。
		System.out.println(whm);
	}
}

注：

文章来源于本人学习的书籍《疯狂Java讲义》，文中的代码大多出自其中，若要详细理解，可看书；此处只是对集合部分常用的只是做个汇总学习，便于日后的理解、学习。