Java集合類基礎（List，Set，Map）__Java

集合類簡介

Java的集合類主要由兩個介面派生而出：Collection和Map，這兩個介面又包含了一些介面或實作類別。
一個Collection代表一組Object，即Collection的元素（Elements）。一些Collection允許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Collection的直接實現，提供的類都是繼承自Collection的“子介面”如List和Set。所以Set、List和Map可以看做集合的三大部分。

Collections是一個集合架構的協助類，裡麵包含一些對集合的排序，搜尋以及序列化的操作。

集合架構的優點如下：
（1）使用核心集合類降低開發成本，而非實現我們自己的集合類。
（2）隨著使用經過嚴格測試的集合架構類，代碼品質會得到提高。
（3）通過使用JDK附帶的集合類，可以降低代碼維護成本。
（4）複用性和可操作性。

使用泛型的好處。
（1）泛型允許我們為集合提供一個可以容納的物件類型，因此，如果你添加其它類型的任何元素，它會在編譯時間報錯。這避免了在運行時出現ClassCastException，因為你將會在編譯時間得到報錯資訊。
（2）泛型也使得代碼整潔，我們不需要使用顯式轉換和instanceOf操作符。
（3）它也給運行時帶來好處，因為不會產生類型檢查的位元組碼指令。 遍曆集合的方法：Iterator介面和foreach迴圈

Collection有一個重要的方法：iterator()，返回一個迭代器Iterator，用於遍曆集合的所有元素。Iterator模式可以把訪問邏輯從不同的集合類中抽象出來，從而避免向用戶端暴露集合的內部結構。

每一種集合類返回的Iterator具體類型可能不同，但它們都實現了Iterator介面，因此，我們不需要關心到底是哪種Iterator，它只需要獲得這個Iterator介面即可，這就是介面的好處，物件導向的威力。

迭代器取代了Java集合架構中的Enumeration（遺留類），Iterator更加安全，因為當一個集合正在被遍曆的時候，它會阻止其它線程去修改集合（以拋異常的方式）。要確保遍曆過程順利完成，必須保證遍曆過程中不更改集合的內容（Iterator的remove()方法除外），所以，確保遍曆可靠的原則是：只在一個線程中使用這個集合，或者在多線程中對遍曆代碼進行同步。

Iterator介面提供的三種方法：
（1）boolean hasNext():返回集合裡的下一個元素。
（2）Object next():返回集合裡下一個元素。
（3）void remove();刪除集合裡上一次next方法返回的元素。
典型的用法如下：

public class TestIterator {     public static void main(String[] args) {         //建立一個集合         Collection books = new HashSet();         books.add("輕量級J2EE公司專屬應用程式實戰");         books.add("Struts2權威指南");         books.add("基於J2EE的Ajax寶典");         //擷取books集合對應的迭代器         Iterator<String> it = books.iterator();         while(it.hasNext()) {             String book = it.next();             System.out.println(book);             if (book.equals("Struts2權威指南")) {                 it.remove();                //使用Iterator迭代過程中，不可修改集合元素,下面代碼引發異常                //books.remove(book);             }             //對book變數賦值，不會改變集合元素本身             book = "測試字串";         }         System.out.println(books);     } }

程式運行結果：

Struts2權威指南 基於J2EE的Ajax寶典 輕量級J2EE公司專屬應用程式實戰 [基於J2EE的Ajax寶典, 輕量級J2EE公司專屬應用程式實戰]

說明：
（1）通過語句book = "測試字串"; 對迭代變數book進行賦值時，當我們再次輸出books集合時，集合裡的元素沒有任何變化。即當使用Iterator對集合元素進行迭代時，Iterator並不是把集合元素本身傳給迭代變數，而是把集合元素的值傳給了迭代變數。因為java都是值傳遞，詳見：java參數傳遞的方式。
（2）當使用Iterator來訪問Collection集合元素時，只有通過Iterator的remove方法才能刪除當前元素。其它在遍曆過程中更改集合內容的行為都會引發java.util.ConcurrentModificationExcption異常。

對比一下，for each的方式線程不安全，但簡化了代碼，也不用管是否越界。 List介面

List是有序的Collection，可以有相同的元素，使用此介面能夠精確的控制每個元素插入的位置。使用者能夠使用索引（元素在List中的位置，類似於數組下標）來訪問List中的元素，類似於Java的數組。

除了具有Collection介面必備的iterator()方法外，List還提供一個listIterator()方法，返回一個ListIterator介面，和標準的Iterator介面相比，ListIterator多了一些add()之類的方法，允許添加，刪除，設定元素，還能向前或向後遍曆previous()。

實現List介面的常用類有LinkedList，ArrayList，Vector和Stack（後兩個是遺留類）。 LinkedList類

LinkedList實現了List介面，允許null元素。此外LinkedList提供額外的get，remove，insert方法在LinkedList的首部或尾部。這些操作使LinkedList可被用作堆棧（stack），隊列（queue）或雙向隊列（deque）。擅長頻繁增刪元素。

注意LinkedList沒有同步方法。如果多個線程同時訪問一個List，則必須自己實現訪問同步。一種解決方案是在建立List時構造一個同步的List：

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

ArrayList類

ArrayList實現了可變大小的數組，允許null元素，沒有同步方法。擅長隨機訪問元素。與Array不同的是，Array可以容納基本類型和對象，而ArrayList只能容納對象。

每個ArrayList執行個體都有一個容量（Capacity），即用於儲存元素的數組的大小。這個容量可隨著不斷添加新元素而自動增加，但是增長演算法並沒有定義。當需要插入大量元素時，在插入前可以調用ensureCapacity方法來增加ArrayList的容量以提高插入效率。 Vector類和Stack 類

作為遺留類不推薦使用。Vector非常類似ArrayList，兩者都是基於索引的，內部由一個數組支援，都維護插入順序。但是Vector是同步的。
Stack繼承自Vector，提供5個額外的方法：基本的push和pop方法，還有peek方法得到棧頂的元素，empty方法測試堆棧是否為空白，search方法檢測一個元素在堆棧中的位置。 Set介面

Set是一種不包含重複的元素的Collection，即任意的兩個元素e1和e2都有e1.equals(e2)=false，Set最多有一個null元素。
請注意：必須小心操作可變對象（Mutable Object）。如果一個Set中的可變元素改變了自身狀態導致Object.equals(Object)=true將導致一些問題。

Set介面有以下幾種實現：
（1）HashSet : 為快速尋找設計的Set，主要的特點是：不能存放重複元素，而且採用散列的儲存方法，所以沒有順序。這裡所說的沒有順序是指元素插入的順序與輸出的順序不一致。
（2）TreeSet : 儲存次序的Set, 底層為樹結構。使用它可以從Set中提取有序的序列。
（3）LinkedHashSet : 具有HashSet的查詢速度，且內部使用鏈表維護元素的順序(插入的次序)。於是在使用迭代器遍曆Set時，結果會按元素插入的次序顯示。 Map介面

常用有HashMap、LinkedHashMap、HashTable和TreeMap。詳情請見：
Java8的HashMap詳解（儲存結構，功能實現，擴容最佳化，安全執行緒，遍曆方法）。
這裡主要講一下，由於作為key的對象將通過計算其散列函數來確定與之對應的value的位置，因此任何作為key的對象都必須實現hashCode和equals方法。
hashCode和equals方法繼承自根類Object，如果你用自訂的類當作key的話，要相當小心，按照散列函數的定義，如果兩個對象相同，即obj1.equals(obj2)=true，則它們的hashCode必須相同，但如果兩個對象不同，則它們的hashCode不一定不同，如果兩個不同對象的hashCode相同，這種現象稱為衝突，衝突會導致操作雜湊表的時間開銷增大，所以盡量定義好的hashCode()方法，能加快雜湊表的操作。
如果相同的對象有不同的hashCode，對雜湊表的操作會出現意想不到的結果（期待的get方法返回null），要避免這種問題，只需要牢記一條：要同時複寫equals方法和hashCode方法，而不要唯寫其中一個。其實最好使用JDK提供的不可變類作為Map的key，可以避免自己實現hashCode()和equals()。 結語

以上就是集合架構相關的介面和類的介紹，最後要注意的是，盡量返回介面而非實際的類型，如返回List而非ArrayList，這樣如果以後需要將ArrayList換成LinkedList時，用戶端代碼不用改變。這就是針對抽象編程。

參考自：大公司最喜歡問的Java集合類面試題
Java集合架構總結—超詳細-適合面試
40個Java集合面試問題和答案