java 容器类大集结

这个世界是程序员的世界，归根到底是数据的世界，要统治这个世界，首先要学会征服数据。

没有最好的，只有最合适的，如何在不同的环境先选择最优的存储的结构呢？且看下文分解：

以下内容部分来自网络，参考：

http://www.cnblogs.com/littlehann/p/3690187.html

http://www.cnblogs.com/mgod/archive/2007/08/05/844011.html

先上一张java容器类家族图

1.容器类

Java容器类类库的用途是"保存对象"，并将其划分为两个不同的概念：collection 和map

     1) Collection
          一组"对立"的元素，通常这些元素都服从某种规则
 　　1.1) List必须保持元素特定的顺序
 　　1.2) Set不能有重复元素
 　　1.3) Queue保持一个队列(先进先出)的顺序
     2) Map
          一组成对的"键值对"对象

2.Collection接口

Collection是最基本的集合接口，一个Collection代表一组Object的集合，这些Object被称作Collection的元素。Collection是一个接口，用以提供规范定义，不能被实例化使用。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。

　　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

　　　　}

　　由Collection接口派生的两个接口是List和Set。

2.1.Set

      Set集合类似于一个罐子，"丢进"Set集合里的多个对象之间没有明显的顺序。Set继承自Collection接口，不能包含有重复元素
(记住，这是整个Set类层次的共有属性)。Set判断两个对象相同不是使用"=="运算符，而是根据equals方法。也就是说，我们在
加入一个新元素的时候，如果这个新元素对象和Set中已有对象进行注意equals比较都返回false，则Set就会接受这个新元素对象，
否则拒绝。 因为Set的这个制约，在使用Set集合的时候，应该注意两点：
      1) 为Set集合里的元素的实现类实现一个有效的equals(Object)方法、
      2) 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。
　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。（？？？？？？）

      HashSet是Set接口的典型实现，HashSet使用HASH算法来存储集合中的元素，因此具有良好的存取和查找性能。
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HashCode值决定该对象在HashSet中的存储位置(因此hashSet的存储是无序的)。值得主要的是，HashSet
集合判断两个元素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()方法的返回值相等。
      其他的set实现包括：
      LinkedHashSet ：使用链表维护元素的次序，这样使得元素看起来是以插入的顺序保存的
      SortedSet：此接口主要用于排序操作，即实现此接口的子类都属于排序的子类，TreeSet是SortedSet接口的实现类，
TreeSet可以确保集合元素处于排序状态
      EnumSet：EnumSet是一个专门为枚举类设计的集合类，EnumSet中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的集合元素也是有序的，它们以枚举值在Enum类内
的定义顺序来决定集合元素的顺序

2.2.List

List是有序的Collection(这里的有序是指元素在list中按照插入顺序来存储)，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。

  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加和插入元素，都允许直接序号索引元素，但是插入数据要设计到数组元素移动等内存操作，所以索引数据快插入数据慢，Vector由于使用了synchronized方法（线程安全）所以性能上比ArrayList要差，LinkedList使用双向链表实现存储，按序号索引数据需要进行向前或向后遍历，但是插入数据时只需要记录本项的前后项即可，所以插入数度较快！

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(...));



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。

size，isEmpty，get，set方法运行时间为常数。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）。



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。



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。

3.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。



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。



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。



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。



总结

　　如果涉及到堆栈，队列等操作，应该考虑用List，对于需要快速插入，删除元素，应该使用LinkedList，如果需要快速随机访问元素，应该使用ArrayList。

　　如果程序在单线程环境中，或者访问仅仅在一个线程中进行，考虑非同步的类，其效率较高，如果多个线程可能同时操作一个类，应该使用同步的类。

　　要特别注意对哈希表的操作，作为key的对象要正确复写equals和hashCode方法。

　　尽量返回接口而非实际的类型，如返回List而非ArrayList，这样如果以后需要将ArrayList换成LinkedList时，客户端代码不用改变。这就是针对抽象编程。



同步性

Vector是同步的。这个类中的一些方法保证了Vector中的对象是线程安全的。而ArrayList则是异步的，因此ArrayList中的对象并不是线程安全的。因为同步的要求会影响执行的效率，所以如果你不需要线程安全的集合那么使用ArrayList是一个很好的选择，这样可以避免由于同步带来的不必要的性能开销。

数据增长

从内部实现机制来讲ArrayList和Vector都是使用数组(Array)来控制集合中的对象。当你向这两种类型中增加元素的时候，如果元素的数目超出了内部数组目前的长度它们都需要扩展内部数组的长度，Vector缺省情况下自动增长原来一倍的数组长度，ArrayList是原来的50%,所以最后你获得的这个集合所占的空间总是比你实际需要的要大。所以如果你要在集合中保存大量的数据那么使用Vector有一些优势，因为你可以通过设置集合的初始化大小来避免不必要的资源开销。

使用模式

在ArrayList和Vector中，从一个指定的位置（通过索引）查找数据或是在集合的末尾增加、移除一个元素所花费的时间是一样的，这个时间我们用O(1)表示。但是，如果在集合的其他位置增加或移除元素那么花费的时间会呈线形增长：O(n-i)，其中n代表集合中元素的个数，i代表元素增加或移除元素的索引位置。为什么会这样呢？以为在进行上述操作的时候集合中第i和第i个元素之后的所有元素都要执行位移的操作。这一切意味着什么呢？

这意味着，你只是查找特定位置的元素或只在集合的末端增加、移除元素，那么使用Vector或ArrayList都可以。如果是其他操作，你最好选择其他的集合操作类。比如，LinkList集合类在增加或移除集合中任何位置的元素所花费的时间都是一样的?O(1)，但它在索引一个元素的使用缺比较慢－O(i),其中i是索引的位置.使用ArrayList也很容易，因为你可以简单的使用索引来代替创建iterator对象的操作。LinkList也会为每个插入的元素创建对象，所有你要明白它也会带来额外的开销。

最后，在《Practical Java》一书中Peter Haggar建议使用一个简单的数组（Array）来代替Vector或ArrayList。尤其是对于执行效率要求高的程序更应如此。因为使用数组(Array)避免了同步、额外的方法调用和不必要的重新分配空间的操作。

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4. Java集合类的应用场景代码

学习了集合类的基本架构框架之后，我们接着来学习它们各自的应用场景、以及细节处的注意事项

0x1: Set

HashSet

import java.util.*; 

//类A的equals方法总是返回true,但没有重写其hashCode()方法。不能保证当前对象是HashSet中的唯一对象
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。不能保证当前对象是HashSet中的唯一对象
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);
    }
}

result:

[B@1, B@1, C@2, A@3bc257, A@785d65]

可以看到，如果两个对象通过equals()方法比较返回true，但这两个对象的hashCode()方法返回不同的hashCode值时，这将导致HashSet会把这两个对象保存在Hash表的不同位置，从而使对象可以添加成功，这就与Set集合的规则有些出入了。所以，我们要明确的是: equals()决定是否可以加入HashSet、而hashCode()决定存放的位置，它们两者必须同时满足才能允许一个新元素加入HashSet

但是要注意的是: 如果两个对象的hashCode相同，但是它们的equlas返回值不同，HashSet会在这个位置用链式结构来保存多个对象。而HashSet访问集合元素时也是根据元素的HashCode值来快速定位的，这种链式结构会导致性能下降。

所以如果需要把某个类的对象保存到HashSet集合中，我们在重写这个类的equlas()方法和hashCode()方法时，应该尽量保证两个对象通过equals()方法比较返回true时，它们的hashCode()方法返回值也相等

LinkedHashSet

import java.util.*; 

public class LinkedHashSetTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        LinkedHashSet books = new LinkedHashSet();
        books.add("Java");
        books.add("LittleHann");
        System.out.println(books);

        //删除 Java
      books.remove("Java");
        //重新添加 Java
        books.add("Java");
        System.out.println(books);
    }
}

元素的顺序总是与添加顺序一致，同时要明白的是，LinkedHashSetTest是HashSet的子类，因此它不允许集合元素重复

TreeSet

import java.util.*;

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));
    }
}

与HashSet集合采用hash算法来决定元素的存储位置不同，TreeSet采用红黑树的数据结构来存储集合元素。TreeSet支持两种排序方式: 自然排序、定制排序

1. 自然排序:

TreeSet会调用集合元素的compareTo(Object obj)方法来比较元素之间的大小关系，然后将集合元素按升序排序，即自然排序。如果试图把一个对象添加到TreeSet时，则该对象的类必须实现Comparable接口，否则程序会抛出异常。

当把一个对象加入TreeSet集合中时，TreeSet会调用该对象的compareTo(Object obj)方法与容器中的其他对象比较大小，然后根据红黑树结构找到它的存储位置。如果两个对象通过compareTo(Object obj)方法比较相等，新对象将无法添加到TreeSet集合中(牢记Set是不允许重复的概念)。

注意: 当需要把一个对象放入TreeSet中，重写该对象对应类的equals()方法时，应该保证该方法与compareTo(Object obj)方法有一致的结果，即如果两个对象通过equals()方法比较返回true时，这两个对象通过compareTo(Object obj)方法比较结果应该也为0(即相等)

看到这里，我们应该明白：

1) 对与Set来说，它定义了equals()为唯一性判断的标准，而对于到了具体的实现，HashSet、TreeSet来说，它们又会有自己特有的唯一性判断标准，只有同时满足了才能判定为唯一性
2) 我们在操作这些集合类的时候，对和唯一性判断有关的函数重写要重点关注

2. 定制排序

TreeSet的自然排序是根据集合元素的大小，TreeSet将它们以升序排序。如果我们需要实现定制排序，则可以通过Comparator接口的帮助(类似PHP中的array_map回调处理函数的思想)。该接口里包含一个int compare(T o1， T o2)方法，该方法用于比较大小

import java.util.*;

class M
{
    int age;
    public M(int age)
    {
        this.age = age;
    }
    public String toString()
    {
        return "M[age:" + age + "]";
    }
}

public class TreeSetTest4
{
    public static void main(String[] args)
    {
        TreeSet ts = new TreeSet(new Comparator()
        {
            //根据M对象的age属性来决定大小
            public int compare(Object o1, Object o2)
            {
                M m1 = (M)o1;
                M m2 = (M)o2;
                return m1.age > m2.age ? -1
                    : m1.age < m2.age ? 1 : 0;
            }
        });
        ts.add(new M(5));
        ts.add(new M(-3));
        ts.add(new M(9));
        System.out.println(ts);
    }
}

看到这里，我们需要梳理一下关于排序的概念

1) equals、compareTo决定的是怎么比的问题，即用什么field进行大小比较
2) 自然排序、定制排序、Comparator决定的是谁大的问题，即按什么顺序(升序、降序)进行排序
它们的关注点是不同的，一定要注意区分

EnumSet

import java.util.*;

enum Season
{
    SPRING,SUMMER,FALL,WINTER
}
public class EnumSetTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        //创建一个EnumSet集合，集合元素就是Season枚举类的全部枚举值
        EnumSet es1 = EnumSet.allOf(Season.class);
        //输出[SPRING,SUMMER,FALL,WINTER]
        System.out.println(es1);

        //创建一个EnumSet空集合，指定其集合元素是Season类的枚举值。
        EnumSet es2 = EnumSet.noneOf(Season.class);
        //输出[]
        System.out.println(es2);
        //手动添加两个元素
        es2.add(Season.WINTER);
        es2.add(Season.SPRING);
        //输出[SPRING,WINTER]
        System.out.println(es2);

        //以指定枚举值创建EnumSet集合
        EnumSet es3 = EnumSet.of(Season.SUMMER , Season.WINTER);
        //输出[SUMMER,WINTER]
        System.out.println(es3);

        EnumSet es4 = EnumSet.range(Season.SUMMER , Season.WINTER);
        //输出[SUMMER,FALL,WINTER]
        System.out.println(es4);

        //新创建的EnumSet集合的元素和es4集合的元素有相同类型，
        //es5的集合元素 + es4集合元素 = Season枚举类的全部枚举值
        EnumSet es5 = EnumSet.complementOf(es4);
        //输出[SPRING]
        System.out.println(es5);
    }
}

以上就是Set集合类的编程应用场景。那么应该怎样选择何时使用这些集合类呢？

1) HashSet的性能总是比TreeSet好(特别是最常用的添加、查询元素等操作)，因为TreeSet需要额外的红黑树算法来维护集合元素的次序。只有当需要一个保持排序的Set时，才应该使用TreeSet，否则都应该使用HashSet
2) 对于普通的插入、删除操作，LinkedHashSet比HashSet要略慢一点，这是由维护链表所带来的开销造成的。不过，因为有了链表的存在，遍历LinkedHashSet会更快
3) EnumSet是所有Set实现类中性能最好的，但它只能保存同一个枚举类的枚举值作为集合元素
4) HashSet、TreeSet、EnumSet都是"线程不安全"的，通常可以通过Collections工具类的synchronizedSortedSet方法来"包装"该Set集合。
SortedSet s = Collections.synchronizedSortedSet(new TreeSet(...));

0x2: List

ArrayList

如果一开始就知道ArrayList集合需要保存多少元素，则可以在创建它们时就指定initialCapacity大小，这样可以减少重新分配的次数，提供性能，ArrayList还提供了如下方法来重新分配Object[]数组

1) ensureCapacity(int minCapacity): 将ArrayList集合的Object[]数组长度增加minCapacity
2) trimToSize(): 调整ArrayList集合的Object[]数组长度为当前元素的个数。程序可以通过此方法来减少ArrayList集合对象占用的内存空间

import java.util.*;

public class ListTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        List books = new ArrayList();
        //向books集合中添加三个元素
        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);

        //将新字符串对象插入在第二个位置
        books.add(1 , new String("疯狂Ajax讲义"));
        for (int i = 0 ; i < books.size() ; i++ )
        {
            System.out.println(books.get(i));
        }

        //删除第三个元素
        books.remove(2);
        System.out.println(books);

        //判断指定元素在List集合中位置：输出1，表明位于第二位
        System.out.println(books.indexOf(new String("疯狂Ajax讲义")));  //①
        //将第二个元素替换成新的字符串对象
        books.set(1, new String("LittleHann"));
        System.out.println(books);

        //将books集合的第二个元素（包括）
        //到第三个元素（不包括）截取成子集合
        System.out.println(books.subList(1 , 2));
    }

Stack

注意Stack的后进先出的特点

import java.util.*;

public class VectorTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Stack v = new Stack();
        //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);
    }
}

LinkedList

import java.util.*;

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(双端队列)
        books.offer("疯狂Java讲义");

        //将一个字符串元素加入栈的顶部(双端队列)
        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(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);
    }
}

从代码中我们可以看到，LinkedList同时表现出了双端队列、栈的用法。功能非常强大

0x3: Queue

PriorityQueue

import java.util.*;

public class PriorityQueueTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        PriorityQueue pq = new PriorityQueue();
        //下面代码依次向pq中加入四个元素
        pq.offer(6);
        pq.offer(-3);
        pq.offer(9);
        pq.offer(0);

        //输出pq队列，并不是按元素的加入顺序排列，
        //而是按元素的大小顺序排列，输出[-3, 0, 9, 6]
        System.out.println(pq);
        //访问队列第一个元素，其实就是队列中最小的元素：-3
        System.out.println(pq.poll());
    }
}

PriorityQueue不允许插入null元素，它还需要对队列元素进行排序，PriorityQueue的元素有两种排序方式

1) 自然排序:
采用自然顺序的PriorityQueue集合中的元素对象都必须实现了Comparable接口，而且应该是同一个类的多个实例，否则可能导致ClassCastException异常
2) 定制排序
创建PriorityQueue队列时，传入一个Comparator对象，该对象负责对队列中的所有元素进行排序
关于自然排序、定制排序的原理和之前说的TreeSet类似

 ArrayDeque

import java.util.*;

public class ArrayDequeTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        ArrayDeque stack = new ArrayDeque();
        //依次将三个元素push入"栈"
        stack.push("疯狂Java讲义");
        stack.push("轻量级Java EE企业应用实战");
        stack.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(stack);

        //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(stack.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(stack);

        //pop出第一个元素，输出：疯狂Android讲义
        System.out.println(stack.pop());

        //输出：[疯狂Java讲义, 轻量级Java EE企业应用实战]
        System.out.println(stack);
    }
}

以上就是List集合类的编程应用场景。我们来梳理一下思路

1. java提供的List就是一个"线性表接口"，ArrayList(基于数组的线性表)、LinkedList(基于链的线性表)是线性表的两种典型实现
2. Queue代表了队列，Deque代表了双端队列(既可以作为队列使用、也可以作为栈使用)
3. 因为数组以一块连续内存来保存所有的数组元素，所以数组在随机访问时性能最好。所以的内部以数组作为底层实现的集合在随机访问时性能最好。
4. 内部以链表作为底层实现的集合在执行插入、删除操作时有很好的性能
5. 进行迭代操作时，以链表作为底层实现的集合比以数组作为底层实现的集合性能好

我们之前说过，Collection接口继承了Iterable接口，也就是说，我们以上学习到的所有的Collection集合类都具有"可遍历性"

Iterable接口也是java集合框架的成员，它隐藏了各种Collection实现类的底层细节，向应用程序提供了遍历Collection集合元素的统一编程接口:

1) boolean hasNext(): 是否还有下一个未遍历过的元素
2) Object next(): 返回集合里的下一个元素
3) void remove(): 删除集合里上一次next方法返回的元素

iterator实现遍历:

import java.util.*;

public class IteratorTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        //创建一个集合
        Collection books = new HashSet();
        books.add("轻量级Java EE企业应用实战");
        books.add("疯狂Java讲义");
        books.add("疯狂Android讲义");

        //获取books集合对应的迭代器
        Iterator it = books.iterator();
        while(it.hasNext())
        {
            //it.next()方法返回的数据类型是Object类型，
            //需要强制类型转换
            String book = (String)it.next();
            System.out.println(book);
            if (book.equals("疯狂Java讲义"))
            {
                //从集合中删除上一次next方法返回的元素
                it.remove();
            }
            //对book变量赋值，不会改变集合元素本身
            book = "测试字符串";
        }
        System.out.println(books);
    }
}

从代码可以看出，iterator必须依附于Collection对象，若有一个iterator对象，必然有一个与之关联的Collection对象。

除了可以使用iterator接口迭代访问Collection集合里的元素之外，使用java5提供的foreach循环迭代访问集合元素更加便捷

foreach实现遍历:

import java.util.*;

public class ForeachTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        //创建一个集合
        Collection books = new HashSet();
        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"));

        for (Object obj : books)
        {
            //此处的book变量也不是集合元素本身
            String book = (String)obj;
            System.out.println(book);
            if (book.equals("疯狂Android讲义"))
            {
                //下面代码会引发ConcurrentModificationException异常
                //books.remove(book);
            }
        }
        System.out.println(books);
    }
}

除了Collection固有的iterator()方法，List还额外提供了一个listIterator()方法，该方法返回一个ListIterator对象，ListIterator接口继承了Iterator接口，提供了专门操作List的方法。ListIterator接口在Iterator接口的继承上增加了如下方法:

1) boolean hasPrevious(): 返回该迭代器关联的集合是否还有上一个元素
2) Object previous(): 返回该迭代器的上一个元素(向前迭代)
3) void add(): 在指定位置插入一个元素

ListIterator实现遍历:

import java.util.*;

public class ListIteratorTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        String[] books = {
            "疯狂Java讲义",
            "轻量级Java EE企业应用实战"
        };
        List bookList = new ArrayList();
        for (int i = 0; i < books.length ; i++ )
        {
            bookList.add(books[i]);
        }
        ListIterator lit = bookList.listIterator();
        while (lit.hasNext())
        {
            System.out.println(lit.next());
            lit.add("-------分隔符-------");
        }
        System.out.println("=======下面开始反向迭代=======");
        while(lit.hasPrevious())
        {
            System.out.println(lit.previous());
        }
    }
}

0x4: Map

HashMap、Hashtable

import java.util.*;

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");
        }
    }
}

当使用自定义类作为HashMap、Hashtable的key时，如果重写该类的equals(Object obj)和hashCode()方法，则应该保证两个方法的判断标准一致--当两个key通过equals()方法比较返回true时，两个key的hashCode()的返回值也应该相同

LinkedHashMap

import java.util.*;

public class LinkedHashMapTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        LinkedHashMap scores = new LinkedHashMap();
        scores.put("语文" , 80);
        scores.put("英文" , 82);
        scores.put("数学" , 76);
        //遍历scores里的所有的key-value对
        for (Object key : scores.keySet())
        {
            System.out.println(key + "------>" + scores.get(key));
        }
    }
}

Properties

import java.util.*;
import java.io.*;

public class PropertiesTest
{
    public static void main(String[] args) throws Exception
    {
        Properties props = new Properties();
        //向Properties中增加属性
        props.setProperty("username" , "yeeku");
        props.setProperty("password" , "123456");

        //将Properties中的key-value对保存到a.ini文件中
        props.store(new FileOutputStream("a.ini"), "comment line");   //①

        //新建一个Properties对象
        Properties props2 = new Properties();
        //向Properties中增加属性
        props2.setProperty("gender" , "male");

        //将a.ini文件中的key-value对追加到props2中
        props2.load(new FileInputStream("a.ini") );    //②
        System.out.println(props2);
    }
}

Properties还可以把key-value对以XML文件的形式保存起来，也可以从XML文件中加载key-value对

TreeMap

import java.util.*;

class R implements Comparable
{
    int count;
    public R(int count)
    {
        this.count = count;
    }
    public String toString()
    {
        return "R[count:" + count + "]";
    }
    //根据count来判断两个对象是否相等。
    public boolean equals(Object obj)
    {
        if (this == obj)
            return true;
        if (obj!=null
            && obj.getClass()==R.class)
        {
            R r = (R)obj;
            return r.count == this.count;
        }
        return false;
    }
    //根据count属性值来判断两个对象的大小。
    public int compareTo(Object obj)
    {
        R r = (R)obj;
        return count > r.count ? 1 :
            count < r.count ? -1 : 0;
    }
}
public class TreeMapTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        TreeMap tm = new TreeMap();
        tm.put(new R(3) , "轻量级Java EE企业应用实战");
        tm.put(new R(-5) , "疯狂Java讲义");
        tm.put(new R(9) , "疯狂Android讲义");

        System.out.println(tm);

        //返回该TreeMap的第一个Entry对象
        System.out.println(tm.firstEntry());

        //返回该TreeMap的最后一个key值
        System.out.println(tm.lastKey());

        //返回该TreeMap的比new R(2)大的最小key值。
        System.out.println(tm.higherKey(new R(2)));

        //返回该TreeMap的比new R(2)小的最大的key-value对。
        System.out.println(tm.lowerEntry(new R(2)));

        //返回该TreeMap的子TreeMap
        System.out.println(tm.subMap(new R(-1) , new R(4)));
    }
}

从代码中可以看出，类似于TreeSet中判断两个元素是否相等的标准，TreeMap中判断两个key相等的标准是:

1) 两个key通过compareTo()方法返回0
2) equals()放回true

我们在重写这两个方法的时候一定要保证它们的逻辑关系一致。

再次强调一下:

Set和Map的关系十分密切，java源码就是先实现了HashMap、TreeMap等集合，然后通过包装一个所有的value都为null的Map集合实现了Set集合类

WeakHashMap

import java.util.*;

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。"java"是一个常量字符串强引用
        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);
    }
}

如果需要使用WeakHashMap的key来保留对象的弱引用，则不要让key所引用的对象具有任何强引用，否则将失去使用WeakHashMap的意义

IdentityHashMap

import java.util.*;

public class IdentityHashMapTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        IdentityHashMap ihm = new IdentityHashMap();
        //下面两行代码将会向IdentityHashMap对象中添加两个key-value对
        ihm.put(new String("语文") , 89);
        ihm.put(new String("语文") , 78);

        //下面两行代码只会向IdentityHashMap对象中添加一个key-value对
        ihm.put("java" , 93);
        ihm.put("java" , 98);
        System.out.println(ihm);
    }
} 

EnumMap

import java.util.*;

enum Season
{
    SPRING,SUMMER,FALL,WINTER
}
public class EnumMapTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        //创建一个EnumMap对象，该EnumMap的所有key
        //必须是Season枚举类的枚举值
        EnumMap enumMap = new EnumMap(Season.class);
        enumMap.put(Season.SUMMER , "夏日炎炎");
        enumMap.put(Season.SPRING , "春暖花开");
        System.out.println(enumMap);
    }
}

与创建普通Map有所区别的是，创建EnumMap是必须指定一个枚举类，从而将该EnumMap和指定枚举类关联起来

以上就是Map集合类的编程应用场景。我们来梳理一下思路

1) HashMap和Hashtable的效率大致相同，因为它们的实现机制几乎完全一样。但HashMap通常比Hashtable要快一点，因为Hashtable需要额外的线程同步控制
2) TreeMap通常比HashMap、Hashtable要慢(尤其是在插入、删除key-value对时更慢)，因为TreeMap底层采用红黑树来管理key-value对
3) 使用TreeMap的一个好处就是： TreeMap中的key-value对总是处于有序状态，无须专门进行排序操作