Java Collection Framework概述，collectionframework

Java Collection Framework概述，collectionframework

文章出自：聽雲部落格

Collection概述

Java collection是java提供的工具包，包含了常用的資料結構：集合、鏈表、隊列、棧、數組、映射等。

Java集合主要可以劃分為4個部分：List列表、Set集合、Map映射、工具類(Iterator、Arrays和Collections)。

Java collection 結構圖

 

通過我們可以看出

• Collection是一個interface 

Collection有List和Set兩大分支。

List<E>是一個隊列，根據下標索引，第一個元素的下標是0，List的實作類別有LinkedList, ArrayList, Vector, Stack。List是有序的隊列，List中可以有重複的值。

Set<E>是一個集合，SET中的值是唯一的，我們經常會遇到List去重的問題，把List轉為SET就可以快速實現 Set的實作類別有HastSet和TreeSet。HashSet。其中TreeSet是有序的。

• Ma<K,V>是一個interface，即key-value索引值對。Map中的每一個元素包含“一個key”和“key對應的value”。 

AbstractMap是個抽象類別，它實現了Map介面中的大部分API。而HashMap，TreeMap，WeakHashMap都是繼承於AbstractMap。

• Iterator。它是遍曆集合的工具，我們經常使用Iterator迭代器來遍曆集合。Collection的實作類別都要實現iterator()函數，返回一個Iterator對象。

• 抽象類別AbstractCollection、AbstractList、AbstractSet、AbstractMap是抽象類別，他們都實現了各自的大部分方法，我們直接繼承Abstract類就可以省去重複編碼相同的方法 。PS當時來面試的時候被問到這個問題竟然一下沒想起來。

List簡介

1、List 是一個介面，它繼承於Collection的介面。它代表著有序的隊列。

2、AbstractList 是一個抽象類別，它繼承於AbstractCollection。AbstractList實現List介面中除size()、get(int location)之外的函數。

3、AbstractSequentialList 是一個抽象類別，它繼承於AbstractList。AbstractSequentialList 實現了“鏈表中，根據index索引值操作鏈結表的全部函數”。 

4、ArrayList, LinkedList, Vector, Stack是List的4個實作類別。

ArrayList 是一個數組隊列。它由數組實現，實現了RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable介面，所以可以隨便訪問，複製，序列化，隨機訪問效率高，隨機插入、隨機刪除效率低。

LinkedList 是一個雙向鏈表。它也可以被當作堆棧、隊列或雙端隊列進行操作。LinkedList隨機訪問效率低，但隨機插入、隨機刪除效率低。

Vector 是向量隊列，和ArrayList一樣，它也是一個動態數組，由數組實現。但是ArrayList是非安全執行緒的，而Vector是安全執行緒的。

Stack 是棧，繼承於Vector。棧的特點是：先進後出(First In Last Out)。

List和Vector不同，ArrayList中的操作不是安全執行緒的！所以，建議在單線程中才使用ArrayList，而在多線程中可以選擇Vector或者CopyOnWriteArrayList。

List的使用

1、如果涉及到“棧”、“隊列”、“鏈表”等操作，應該考慮用List，具體的選擇哪個List，根據下面的標準來取捨。

2、對於需要快速插入，刪除元素，應該使用LinkedList。

3、對於需要快速隨機訪問元素，應該使用ArrayList。

4、對於“單線程環境” 或者 “多線程環境，但List僅僅只會被單個線程操作”，此時應該使用非同步的類(如ArrayList)。

5、對於“多線程環境，且List可能同時被多個線程操作”，此時，應該使用同步的類(如Vector)。

Fail-Fast

fail-fast 機制是java集合(Collection)中的一種錯誤機制。當一個線程遍曆某集合時，這個集合的值被其它線程改變，該線程就會拋出ConcurrentModificationException異常。

fail-fast樣本。

package Test;import java.util.ArrayList;import java.util.Iterator;import java.util.List;public class FastFailEX {    private static List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();        public static void main(String[] args) {            //使用兩個線程操作list        new ThreadA().start();        new ThreadB().start();    }     private static void print() {        System.out.println("");        Integer value = null;        Iterator<Integer> iter = list.iterator();        while(iter.hasNext()) {            value = (Integer)iter.next();            System.out.print(value+", ");        }    }    //向list添加元素    private static class ThreadA extends Thread {        public void run() {            for(int i=0;i<10;i++){                 list.add(i);                 print();            }        }    }    //向list添加元素    private static class ThreadB extends Thread {        public void run() {            for(int i=10;i<20;i++){                list.add(i);               print();            }        }    }}

運行結果：

 

結果說明：

當某一個線程遍曆list的過程中，list的內容被另外一個線程所改變了；就會拋出ConcurrentModificationException異常，產生fail-fast事件。

ConcurrentModificationException是在操作Iterator時拋出的異常。我們先看看Iterator的源碼。在AbstractList.java中

 

 

通過以上程式碼片段我們看到兩點

1、執行next()時，要先判斷iterator返回的對象中的modCount”和“當前的modCount”是否相等

2、如果不相等，則拋回異常

接下來我們要知道在什麼情況下 modCount!= expectedModCount

我們來看ArrayList.java中的代碼

 

 

 

我們現在知道，只要修改集合中的元素個數時，都會改變modCount的值。

添加時在決定是否擴空list前修改modCount，刪除元素時直接修改

至此，我們就完全瞭解了fail-fast是如何產生的。

即，當多個線程對同一個集合進行操作的時候，某線程訪問集合的過程中，該集合的內容被其他線程所改變(即其它線程通過add、remove、clear等方法，改變了modCount的值)；這時，就會拋出ConcurrentModificationException異常，產生fail-fast事件。

解決fail-fast

使用CopyOnWriteArrayList 就不會產生fail-fast

上源碼

  

從中，我們可以看出:

CopyOnWriteArrayList是自己實現了Iterator  為COWIterator。

ArrayList的Iterator調用next()時，會調用checkForComodification()比較expectedModCount和modCount的大小；CopyOnWriteArrayList的Iterator實作類別中，沒有checkForComodification()，所以不會拋出ConcurrentModificationException異常。 

Map簡介

Map是什麼：public interface Map<K,V> { }

Map 是一個索引值對(key-value)映射介面。Map映射中不能包含重複的鍵；每個鍵最多隻能映射到一個值。

Map 介面提供三種collection 視圖，允許以鍵集、值集或鍵-值對應關係集的形式查看某個映射的內容。

Map 映射順序。有些實作類別，可以明確保證其順序，如 TreeMap；另一些映射實現則不保證順序，如 HashMap 類。

Map 的實作類別應該提供2個“標準的”構造方法：第一個，void（無參數）構造方法，用於建立空映射；第二個，帶有單個 Map 型別參數的構造方法，用於建立一個與其參數具有相同鍵-值對應關係的新映射。實際上，後一個構造方法允許使用者複製任意映射，產生所需類的一個等價映射。儘管無法強制執行此建議（因為介面不能包含構造方法），但是 JDK 中所有通用的映射實現都遵從它。

Map體系

1、Map 是映射介面，Map中儲存的內容是索引值對(key-value)。

2、AbstractMap 是繼承於Map的抽象類別，它實現了Map中的大部分API。其它Map的實作類別可以通過繼承AbstractMap來減少重複編碼。

3、SortedMap 是繼承於Map的介面。SortedMap中的內容是排序的索引值對，排序的方法是通過比較子(Comparator)。

4、NavigableMap 是繼承於SortedMap的介面。相比於SortedMap，NavigableMap有一系列的導航方法；如"擷取大於/等於某對象的索引值對"、“擷取小於/等於某對象的索引值對”等等。 

5、TreeMap 繼承於AbstractMap，且實現了NavigableMap介面；因此，TreeMap中的內容是“有序的索引值對”， 它是通過紅/黑樹狀結構實現的。它一般用於單線程中儲存有序的映射。

6、HashMap 繼承於AbstractMap，沒實現SortedMap或NavigableMap介面；因此，HashMap的內容是無序的索引值對。

7、Hashtable繼承於Dictionary(Dictionary也是索引值對的介面)，實現Map介面；因此，Hashtable的內容也是“索引值對，是無序的”。 Hashtable是安全執行緒的。 

8、WeakHashMap 繼承於AbstractMap。它和HashMap的鍵類型不同，WeakHashMap的鍵是“弱鍵”， 當“弱鍵”被GC回收時，它對應的索引值對也會被從WeakHashMap中刪除。JVM提供的弱引用

Set簡介

Set 是繼承於Collection的介面。它是一個不允許有重複元素的集AbstractSet 是一個抽象類別，它繼承於AbstractCollection，AbstractCollection實現了Set中的絕大部分函數，為Set的實作類別提供了便利。

HastSet 和 TreeSet 是Set的兩個實作類別。

HashSet中的元素是無序的。

TreeSet中的元素是有序的，不支援快速隨機遍曆，只能通過迭代器進行遍曆。

Iterator和Enumeration

在Java集合中，我們通常都通過 “Iterator(迭代器)” 或 “Enumeration(枚舉類)” 去遍曆集合

Enumeration是一個介面，它的源碼如下

 

Iterator也是一個介面，它的源碼如下：

 

1、函數介面不同

Enumeration只有2個函數介面。通過Enumeration，我們只能讀取集合的資料，而不能對資料進行修改。

Iterator只有3個函數介面。Iterator除了能讀取集合的資料之外，也能資料進行刪除操作。

2、Iterator支援fail-fast機制，而Enumeration不支援。

Iterator和Enumeration效能對比

package Test;

import java.util.Enumeration;

import java.util.Hashtable;

import java.util.Iterator;

import java.util.Map.Entry;

import java.util.Random;

public class IteratorEnumerationEX {    public static void main(String[] args) {        int val;        Random r = new Random();        Hashtable<Integer, Integer> table = new Hashtable<Integer, Integer>();        for (int i=0; i<100000; i++) {            val = r.nextInt(100);            table.put(i, val);        }        iterateHashtable(table) ;        enumHashtable(table);    }        private static void iterateHashtable(Hashtable<Integer, Integer> table) {        long startTime = System.currentTimeMillis();        Iterator<Entry<Integer, Integer>> iter = table.entrySet().iterator();        while(iter.hasNext()) {            iter.next();        }        long endTime = System.currentTimeMillis();        countTime("iterate",startTime, endTime);    }         private static void enumHashtable(Hashtable<Integer, Integer> table) {        long startTime = System.currentTimeMillis();        Enumeration<Integer> enu = table.elements();        while(enu.hasMoreElements()) {            enu.nextElement();        }        long endTime = System.currentTimeMillis();        countTime("enum",startTime, endTime);    }    private static void countTime(String type,long start, long end) {        System.out.println(type+":"+(end-start)+"ms");    }}

輸出結果

 

因為Iterator支援fail-fast所以做操作多一些效能也相對慢一些

 

原文連結：http://blog.tingyun.com/web/article/detail/268