Java集合知识总结

集合概述

集合：集合是Java中提供的一种容器，可以用来存储多个数据。

集合和数组的区别：

（1）数组长度的是固定的，集合的长度是可变的。

（2）数组中存储的都是同一类型的元素。集合存储的都是对象，对象的类型可以不一致。

Java集合类主要由两个根接口Collection和Map派生出来的。Collection有三个子接口： List、Set、Queue（Java5新增的队列）。Java集合大致也可分成List、Set、Queue、Map四种接口体系，注意：Map不是Collection的子接口。

Map接口：双列数据，保存具有映射关系“key-value对”

Collection接口

Collection接口：单列数据，定义了存取一组对象的方法的集合。

Collection接口是List、Set和Queue接口的父接口，该接口里定义的方法既可用于操作Set集合，也可用于操作List和 Queue集合。

Collection接口的常用方法

Collection子接口之一：List接口

List集合类中元素有序、且可重复，集合中的每个元素都有其对应的顺序索引。List集合默认按照元素的添加顺序设置元素的索引，可以通过索引（类似数组的下标）来访问指定位置的集合元素。

List接口的实现类主要有：ArrayList、LinkedList和Vector。

List接口的常用方法

返回值类型	方法名及描述
boolean	add(E e) 将指定的元素追加到此列表的末尾（可选操作）。
void	add(int index, E element) 将指定的元素插入此列表中的指定位置（可选操作）。
boolean	addAll(Collection c) 按指定集合的迭代器（可选操作）返回的顺序将指定集合中的所有元素附加到此列表的末尾。
boolean	addAll(int index, Collection c) 将指定集合中的所有元素插入到此列表中的指定位置（可选操作）。
void	clear() 从此列表中删除所有元素（可选操作）。
boolean	contains(Object o) 如果此列表包含指定的元素，则返回true。
E	get(int index) 返回此列表中指定位置的元素。
int	hashCode() 返回此列表的哈希码值。
int	indexOf(Object o) 返回此列表中指定元素的第一次出现的索引，如果此列表不包含元素，则返回-1。
boolean	isEmpty() 如果此列表不包含元素，则返回 true 。
Iterator	iterator() 以正确的顺序返回该列表中的元素的迭代器。
int	lastIndexOf(Object o) 返回此列表中指定元素的最后一次出现的索引，如果此列表不包含元素，则返回-1。
E	remove(int index) 删除该列表中指定位置的元素（可选操作）。
E	set(int index, E element) 用指定的元素（可选操作）替换此列表中指定位置的元素。
int	size() 返回此列表中的元素数。

（1）List接口的实现类之一：ArrayList

ArrayList是List接口的主要实现类，ArrayList是一个动态数组，允许任何符合规则的元素插入包括null。 它能快速随机访问存储的元素，支持随机访问， 查询速度快， 增删元素慢。

ArrayList的JDK1.8之前与之后的实现区别：

JDK1.7：直接创建一个初始容量为10的数组

JDK1.8：一开始先创建一个长度为0的数组，当添加第一个元素时再创建一个初始容量为10的数组

（2）List接口的实现类之二：LinkedList

LinkedList是List接口的另一个实现，除了可以根据索引访问集合元素外，LinkedList还实现了Deque接口。

LinkedList内部以链表的形式保存集合中的元素，所以随机访问集合中的元素性能较差，但在频繁的插入或删除元素时有较好的性能。

（3）List接口的实现类之三：Vector

Vector大多数操作与ArrayList相同，区别之处在于Vector是线程安全的。

 面试题：

ArrayList和LinkedList的区别

都是线程不安全，相对线程安全的Vector，执行效率高。此外，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。对于随机访问get和set，ArrayList觉得优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针。对于新增和删除操作add(特指插入)和remove，LinkedList比较占优势，因为ArrayList要移动数据。

ArrayList和Vector的区别

Vector和ArrayList几乎是完全相同的，唯一的区别在于Vector是同步类(synchronized)，属于强同步类。因此开销就比ArrayList要大，访问要慢。大多数清空下使用 ArrayList而不是Vector,因为同步完全可以由自己来控制。Vector每次扩容请求其大小的2倍空间，而ArrayList是1.5倍。Vector还有一个子类Stack。

Collection子接口之二：Set接口

Set接口也是Collection的子接口，set接口没有提供额外的方法。

Set集合不允许包含相同的元素，如果试把两个相同的元素加入同一个Set集合中，则会添加操作失败。

Set集合判断两个对象是否相同是根据 equals() 方法，而不是使用 == 运算符。

（1）Set接口的实现类之一：HashSet

HashSet是Set接口的典型实现，大多数时候使用Set集合时都使用这个实现类。

HashSet按Hash算法来存储集合中的元素，因此具有很好的存取、查找、删除性能。

HashSet 具有以下特点：

• 不能保证元素的排列顺序

• HashSet不是线程安全的

• 集合元素可以是null

HashSet集合判断两个元素相等的标准：两个对象通过 hashCode() 方法比较相等，并且两个对象的 equals() 方法返回值也相等。

对于存放在Set容器中的对象，对应的类一定要重写equals()和hashCode(Object obj)方法，以实现对象相等规则。

HashSet添加元素的原理如下：

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 hashCode值，通过某种散列函数决定该对象在HashSet底层数组中的存储位置。

如果两个元素的hashCode()值相等，会再继续调用equals方法，如果equals方法结果为true，则添加失败。如果为false，那么会保存该元素，但是该数组的位置已经有元素了， 那么会通过链表的方式继续链接存储。

如果两个元素的equals() 方法返回true，但它们的 hashCode() 返回值不相等，hashSet将会把它们存储在不同的位置，但依然可以添加成功。

重写hashCode() 方法的基本原则

在程序运行时，同一个对象多次调用 hashCode() 方法应该返回相同的值

当两个对象通过equals()方法比较返回true时，这两个对象的hashCode()方法的返回值应该相等。

对象中用作equals()方法比较的实例变量，都应该用来计算hashCode值。

（2）Set接口的实现类之二：LinkedHashSet

LinkedHashSet是HashSet的子类。

LinkedHashSet也是根据元素的hashCode值来决定元素的存储位置。但它同时使用双向链表维护元素的次序，元素的顺序与添加顺序一致。

由于LinkedHashSet需要维护元素的插入顺序，因此性能略低于HashSet，但在迭代访问Set里的全部元素时有很好的性能。

LinkedHashSet不允许集合元素重复。

（3）Set接口的实现类之三：TreeSet

TreeSet是SortedSet接口的实现类，TreeSet可以确保集合元素处于排序状态。

TreeSet底层使用红黑树结构存储数据元素。

TreeSet两种排序方法：自然排序和定制排序。默认情况下，TreeSet采用自然排序。

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(默认情况)排列。

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。

实现Comparable的类必须实现compareTo(Object obj) 方法，两个对象即通过compareTo(Object obj) 方法的返回值来比 较大小。

Comparable的一些典型实现类：

• BigDecimal、BigInteger 以及所有的数值型对应的包装类：按它们对应的数值大小进行比较

• Character：按字符的 unicode值来进行比较

• Boolean：true 对应的包装类实例大于 false 对应的包装类实例

• String：按字符串中字符的 unicode 值进行比较

• Date、Time：后边的时间、日期比前面的时间、日期大

因为只有相同类的两个实例才会比较大小，所以向TreeSet中添加的应该是同一个类的对象。

对于TreeSet 集合而言，它判断两个对象是否相等的唯一标准是：两个对象通过compareTo(Object obj) 方法比较返回值。

当需要把一个对象放入TreeSet 中，重写该对象对应的equals() 方法时，应保证该方法与compareTo(Object obj) 方法有一致的结果。

对于TreeSet集合而言，它判断两个对象是否相等的标准是：两个对象通过compareTo(Object obj)方法比较是否返回0，如果返回0则相等。

定制排序

TreeSet的自然排序要求元素所属的类实现Comparable接口，如果元素所属的类没有实现Comparable接口，或不希望按照升序(默认情况)的方式排列元素，希望按照其它属性大小进行排序，则考虑使用定制排序。定制排序，通过Comparator接口来实现。需要重写compare(T o1,T o2)方法。

利用int compare(T o1,T o2)方法，比较o1和o2的大小：如果方法返回正整数，则表示o1大于o2。

要实现定制排序，需要将实现Comparator接口的实例作为形参传递给TreeSet的构造器。

使用定制排序判断两个元素相等的标准是：通过Comparator比较两个元素返回了0。

Map接口

Map与Collection并列存在。用于保存具有映射关系的数据:key-value

Map中的key和value都可以是任何引用类型的数据

Map中的key用Set来存放，不允许重复，即同一个Map对象所对应的类，须重写hashCode()和equals()方法

Map接口的常用实现类：HashMap、TreeMap、LinkedHashMap和Properties

（1）Map接口的实现类之一：HashMap

HashMap是Map接口使用频率最高的实现类。允许使用null键和null值，与HashSet一样，不保证映射的顺序。

所有的key构成的集合是Set：无序的、不可重复的。所以，key所在的类要重写：equals()和hashCode()

所有的value构成的集合是Collection：无序的、可以重复的。所以，value所在的类要重写：equals()

HashMap判断两个key相等的标准是：两个key通过equals() 方法返回true， hashCode值也相等。

HashMap判断两个value相等的标准是：两个value通过equals()方法返回true。

HashMap可以使用null值为key或value

HashMap源码中的重要常量

DEFAULT_INITIAL_CAPACITY: HashMap的默认容量，16

MAXIMUM_CAPACITY： HashMap的最大支持容量，2^30

TREEIFY_THRESHOLD：Bucket中链表长度大于该默认值，转化为红黑树。

UNTREEIFY_THRESHOLD：Bucket中红黑树存储的Node小于该默认值，转化为链表

table：存储元素的数组，总是2的n次幂

entrySet：存储具体元素的集

size：HashMap中存储的键值对的数量

modCount：HashMap扩容和结构改变的次数。

HashMap的存储结构

JDK8之前版本：

JDK8之前HashMap的存储结构是数组+链表结构(即为链地址法) ，当实例化一个HashMap时，系统会创建一个长度为Capacity的Entry数组，这个长度在哈希表中被称为容量 (Capacity)，在这个数组中可以存放元素的位置我们称之“桶”（bucket），每个bucket都有自己的索引，系统可以根据索引快速的查找bucket中的元素。

每个bucket中存储一个元素，即一个Entry对象，但每一个Entry对象可以带一个引用变量，用于指向下一个元素，因此，在一个桶中，就有可能生成一个Entry链。 而且新添加的元素作为链表的head。

JDK8之后版本：

JDK8之后HashMap的存储结构是数组+链表+红黑树实现。当实例化一个HashMap时，会初始化initialCapacity和loadFactor，在put第一对映射关系时，系统会创建一个长度为initialCapacity的Node数组，这个长度在哈希表中被称为容量(Capacity)，在这个数组中可以存放元素的位置我们称之为 “桶”(bucket)，每个bucket都有自己的索引，系统可以根据索引快速的查找bucket中的元素。

每个bucket中存储一个元素，即一个Node对象，但每一个Node对象可以带一个引用变量next，用于指向下一个元素，因此，在一个桶中，就有可能生成一个Node链。也可能是一个一个TreeNode对象，每一个TreeNode对象可以有两个叶子结点left和right，因此，在一个桶中，就有可能生成一个TreeNode树。而新添加的元素作为链表的last，或树的叶子结点。

（2）Map接口的实现类之二：LinkedHashMap

LinkedHashMap 是 HashMap的子类，在HashMap存储结构的基础上，使用了一对双向链表来记录添加元素的顺序。 该链表负责维护Map的迭代顺序，与插入顺序一致，因此性能比HashMap低，但在迭代访问Map里的全部元素时有较好的性能。

（3）Map接口的实现类之三：TreeMap

TreeMap存储Key-Value对时，需要根据key-value对进行排序。TreeMap可以保证所有的Key-Value对处于有序状态。底层采用红黑树的数据结构。

TreeMap也有两种排序方式，自然排序和定制排序。

（4）Map接口的实现类之四：Hashtable

HashMap线程不安全，Hashtable是线程安全的。

HashMap可以使用null值为key或value，Hashtable不允许使用null作为key和value。

Hashtable实现原理和HashMap相同，底层都使用哈希表结构，查询速度快。

Hashtable和HashMap一样也不能保证其中Key-Value对的顺序。

（5）Map接口的实现类之五：Properties

Properties类是Hashtable 的子类，该对象用于处理属性文件。

由于属性文件里的key、value都是字符串类型，所以Properties里的key和value都是字符串类型 。

Collections工具类

Collections是一个操作 Set、List 和 Map 等集合的工具类。

Collections 中提供了一系列静态的方法对集合元素进行排序、查询和修改等操作， 还提供了对集合对象设置不可变、对集合对象实现同步控制等方法。

Iterator迭代器接口

Iterator接口用来遍历集合元素

Collection接口继承了java.lang.Iterable接口，该接口有一个iterator()方法，所有实现了Collection接口的集合类都有一个iterator()方法，用以返回一个实现了 Iterator接口的对象。

集合对象每次调用iterator()方法都得到一个全新的迭代器对象。