Java集合架構

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Collection介面

• Collection是最基本的集合介面，一個Collection代表一組Object，即Collection的元素（Elements）。
• 所有實現Collection介面的類都必須提供兩個標準的建構函式：無參數的建構函式用於建立一個空的Collection，有一個 Collection參數的建構函式用於建立一個新的Collection，這個新的Collection與傳入的Collection有相同的元素。後 一個建構函式允許使用者複製一個Collection。
• 如何遍曆Collection中的每一個元素？不論Collection的實際類型如何，它都支援一個iterator()的方法，該方法返回一個迭代器，使用該迭代器即可遍曆訪問Collection中每一個元素，通過Iterator的遍曆是無序的。

典型的用法如下：

Iterator it = collection.iterator(); // 獲得一個迭代子
while(it.hasNext()) {
     Object obj = it.next(); // 得到下一個元素
}

List介面

• List是有序的Collection，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，這類似於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。
• 實現List介面的常用類有LinkedList，ArrayList，Vector和Stack。

 

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。這些操作使LinkedList可被用作堆棧（stack），隊列（queue）或雙向隊列（deque）。
• 注意LinkedList沒有同步性。如果多個線程同時訪問一個LinkedList，則必須自己實現訪問同步。另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(...));

          

1. LinkedList是List介面的一個實作類別
2. LinkedList有一些List沒有的特有方法
3. LinkedList是一個線性鏈表式結構
4. LinkedList的實現

LinkedList<E> list = new LinkedList<E>(); LinkedList<E> list = new LinkedList<E>(Collection c);

1. LinkedList的常見方法

List.add(e); List.add(index,e); List.addFirst(e); List.addLast(e);

List.get(index); List.getFirst(); List.getLast();

ArrayList類

• ArrayList實現了大小可變的數組。它允許所有元素，包括null。ArrayList沒有同步性。
• size，isEmpty，get，set方法已耗用時間為常數。但是add方法開銷為分攤的常數，添加n個元素需要O(n)的時間。其他的方法已耗用時間為線性。
• 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。

        

a) ArrayList實作類別

1. ArrayList是List介面的一個實作類別
2. ArrayList類是一個線性隊列結構的一個動態數組
3. 如何產生一個ArrayList集合

List<泛型> list = new ArrayList<泛型>();  List<泛型> list = new ArrayList<泛型>(Collection c);

1. ArrayList的常見方法

添加方法 list.add(元素); 插入方法 list.add(位置,元素);

擷取方法 E e = list.get(位置); 擷取集合長度 int len = list.size();

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遍曆

i mport java.util.ArrayList; import java.util.Arrays;

import java.util.Iterator;import java.util.List;public class TraversalList {    //http://www.cnblogs.com/interdrp/p/3663602.html    public static void main(String args[]){        List<String> list = new ArrayList<String>(            Arrays.asList("tom","cat","Jane","jerry"));       //方法1 集合類的通用遍曆方式, 從很早的版本就有, 用迭代器迭代        Iterator it1 = list.iterator();        while(it1.hasNext()){            System.out.println(it1.next());        }       //方法2 集合類的通用遍曆方式, 從很早的版本就有, 用迭代器迭代        for(Iterator it2 = list.iterator();it2.hasNext();){            System.out.println(it2.next());        }       //方法3 增強型for迴圈遍曆        for(String value:list){            System.out.println(value);        }       //方法4 一般型for迴圈遍曆        for(int i = 0;i < list.size(); i ++){            System.out.println(list.get(i));        }    }}

*************************************************************************************************** Vector類

Vector非常類似ArrayList，但是Vector是同步的。由Vector建立的Iterator，雖然和 ArrayList建立的Iterator是同一介面，但是，因為Vector是同步的，當一個Iterator被建立而且正在被使用，另一個線程改變了 Vector的狀態（例如，添加或刪除了一些元素），這時調用Iterator的方法時將拋出 ConcurrentModificationException，因此必須捕獲該異常。

Stack 類

Stack繼承自Vector，實現一個後進先出的堆棧。Stack提供5個額外的方法使得Vector得以被當作堆棧使用。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。Stack剛建立後是空棧。

Vector、ArrayList和LinkedList比較

1. 1.Vector是線程同步的，所以它也是安全執行緒的，而ArrayList和LinkedList是非安全執行緒的。如果不考慮到線程的安全因素，一般用ArrayList和LinkedList效率比較高。
2. 2.ArrayList和Vector是實現了基於動態數組的資料結構，LinkedList基於鏈表的資料結構。
3. 3.如果集合中的元素的數目大於目前集合數組的長度時，Vector增長率為目前數組長度的100%,而ArrayList增長率為目前數組長度的50%.如果在集合中使用資料量比較大的資料，用vector有一定的優勢；反之，用ArrayList有優勢。
4. 3.如果尋找一個指定位置的資料，Vector和ArrayList使用的時間是相同的，花費時間為O(1)，而LinkedList需要遍曆尋找，花費時間為O(i)，效率不如前兩者。
5. 4.而如果移動、刪除一個指定位置的資料花費的時間為0(n-i)n為總長度，這個時候就應該考慮使用LinkedList,因為它移動一個指定位置的資料所花費的時間為0(1)。
6. 5.對於在指定位置插入資料，LinedList比較佔優勢，因為ArrayList要移動資料。

 

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。
• 很明顯，Set的建構函式有一個約束條件，傳入的Collection參數不能包含重複的元素。
• 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。

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import java.util.*;

public class TraversalSet {    public static void main(String args[]){        List<String> list = new ArrayList<>(            Arrays.asList("tom","cat","Jane","jerry"));        Set<String> set = new HashSet<>();        set.addAll(list);        //方法1 集合類的通用遍曆方式, 從很早的版本就有, 用迭代器迭代        Iterator it1 = set.iterator();        while(it1.hasNext()){            System.out.println(it1.next());        }
   //方法2 集合類的通用遍曆方式, 從很早的版本就有, 用迭代器迭代        for(Iterator it2 = set.iterator();it2.hasNext();){            System.out.println(it2.next());        }   //方法3 增強型for迴圈遍曆        for(String value: set){            System.out.println(value);        }    }}

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Map介面

請注意，Map沒有繼承Collection介面，Map提供key到value的映射。一個Map中不能包含相同的key，每個key只能映射一個 value。

Map介面提供3種集合的視圖，Map的內容可以被當作一組key集合，一組value集合，或者一組key-value映射。

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遍曆詳情請瀏覽曆史

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Hashtable類

• Hashtable繼承Map介面，實現一個key-value映射的雜湊表。任何非空（non-null）的對象都可作為key或者value。
• 添加資料使用put(key, value)，取出資料使用get(key)，這兩個基本操作的時間開銷為常數。
• Hashtable通過initial capacity和load factor兩個參數調整效能。通常預設的load factor 0.75較好地實現了時間和空間的均衡。增大load factor可以節省空間的但相應的尋找時間將增大，這會影響像get和put這樣的操作。
• 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。
• Hashtable是同步的。

 

HashMap類

HashMap和Hashtable類似，不同之處在於HashMap是非同步的，並且允許null，即null value和null key。但是將HashMap視為Collection時（values()方法可返回Collection），其迭代子操作時間開銷和HashMap 的容量成比例。因此，如果迭代操作的效能相當重要的話，不要將HashMap的初始化容量設得過高，或者load factor過低。 

TreeMap類

• HashMap通過hashcode對其內容進行快速尋找，無序的；而TreeMap中所有的元素都保持著某種固定的順序，有序的。
• 在Map 中插入、刪除和定位元素，HashMap 是最好的選擇。但如果您要按自然順序或自訂順序遍曆鍵，那麼TreeMap會更好。使用HashMap要求添加的鍵類明確定義了hashCode()和 equals()的實現。
• TreeMap沒有調優選項，因為該樹總處於平衡狀態。

 

WeakHashMap類

WeakHashMap是一種改進的HashMap，它對key實行“弱引用”，如果一個key不再被外部所引用，那麼該key可以被GC回收。

  總結

• 如果涉及到堆棧，隊列等操作，應該考慮用List；對於需要快速插入，刪除元素，應該使用LinkedList；如果需要快速隨機訪問元素，應該使用ArrayList。
• 如果程式在單線程環境中，或者訪問僅僅在一個線程中進行，考慮非同步的類，其效率較高；如果多個線程可能同時操作一個類，應該使用同步的類。

• 要特別注意對雜湊表的操作，作為key的對象要正確複寫equals和hashCode方法。
• 使用Map時，尋找、更新、刪除、新增最好使用HashMap或HashTable；對Map進行自然順序或自訂鍵順序遍曆時，最好使用TreeMap;
• 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。

    比較常用的有Arraylist linkedlist  treemap  hashmap四種

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