Java Collections Framework

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集合OR 容器 通常我們會用數組去儲存一些基礎資料型別 (Elementary Data Type)，數組是編譯器支援的類型，但是數組的一個明顯缺點就是具有固定尺寸，而在一般情況下，只有在程式啟動並執行時候，我們才能知道要儲存的具體數目。 Java類庫提供了一套相當完善的容器架構（Collections Framework）來解決這個問題。其中基本的類型是List、Set、Queue和Map。這些物件類型也被稱為集合類，但是由於Java中使用了Collection這個名稱指代該類庫的一個子集，所以一般使用更廣泛的術語“容器”來稱呼它們。 容器的基本任務是儲存對象，更準確的說是儲存對象的引用。但是各種容器的實現是存在很大差異的，沒有一種容器是絕對優秀的能夠適應所有的應用情境，所以我們需要瞭解各種容器的底層實現，然後根據實際的情況選擇合適的容器。從下面的這張容器的分類圖中就能看到Collections Framework的龐大，而且這還不包括Queue介面的實現（PriorityQueue以及各種風格的BlockingQueue等）、ConcurrentMap介面實現、CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet、EnumSet和EnumMap、以及Collections工具類中的多個工具方法。 

Interface介面規範：Collections Framework定義了一些介面規範，那些常用的容器都會繼承某些介面規範，每一種介面都對應給出相應的抽象類別，如果類庫提供的容器不能很好的完成你指定的任務，你可以擴寫這些抽象類別的子類，定製自己的容器。 
Collection介面：僅僅表示一組對象的集合，而沒有指定對象的存放次序，以及能否包含重複元素，Collection介面自身還繼承了Iterator介面。 下面要說的很多容器都實現了Collection介面，包括List、Set、Queue、Deque等介面。需要注意的是，同為容器的Map沒有實現Collection介面。 Collection介面定義了容器最基本的一些特性，包含以下的介面方法定義： size方法：返回容器中元素的個數isEmpty方法：返回容器是否為空白contains方法：返回容器中是否包含某個元素iterator方法：返回容器的迭代器add方法：用於向容器中添加元素remove方法：用於刪除容器中的元素clear方法：清空容器中的元素toArray方法：將容器類轉成相應的對象數組 

List介面：List繼承於Collection介面，表示一個有序容器，容器內的元素會按照加入的順序有序的存放，允許出現重複的元素，可以基於元素位置的訪問。 List介面在Collection介面的基礎上加上了以下方法的定義， get方法：擷取指定位置的元素set：將指定位置設定成指定的元素indexOf：擷取指定元素在容器中的位置listIterator：返回ListIterator類型的迭代器subList：根據區間位置，擷取容器的子容器 
List介面的常見實作類別有ArrayList、LinkedList、Vector等 


Set介面：繼承於Collection介面，特點是不能存放相同的元素，對有序性沒有要求，Set介面中的方法定義基本和Collection介面一致，沒有加入新的方法定義。 
常見的Set介面的實現有HashSet、SortedSet介面 

Queue介面：繼承於Collection介面，是一個被定義用來存放一系列等待進行某個流程元素的容器，除了一些基本的容器操作，Queue隊列還提供了一些額外的插入、提取和檢查的操作。 
Queue介面中定義以下的方法： add方法：將指定的元素插入此隊列（如果立即可行且不會違反容量限制），在成功時返回 true，如果當前沒有可用的空間，則拋出 IllegalStateException。offer方法：將指定的元素插入此隊列（如果立即可行且不會違反容量限制），當使用有容量限制的隊列時，此方法通常要優於 add(E)，後者可能無法插入元素，而只是拋出一個異常。peek方法：擷取但不移除此隊列的頭；如果此隊列為空白，則返回 null。pool方法：擷取並移除此隊列的頭；如果此隊列為空白，則返回 null。remove方法：擷取並移除此隊列的頭。 包括Deque、BlockingQueue介面都直接繼承與Queue介面

Map介面：是一個關於key（鍵）和value（值）的映射集合，每一個key對應一個value。 
Map介面中定義的一些基本方法： size方法：返回容器中元素的個數put方法：向容器中加入元素remove方法：刪除容器中元素isEmpty方法：判斷容器是否為空白contains方法：判斷容器是否包含指定元素clear方法：清除容器中的元素keySet方法：返回Map的key集合，是Set類型的 實現了Map介面的一些類：HashMap、Hashtable、WeakHashMap、SynchronizedMap、ConcurrentMap介面等 

Deque介面：繼承於Queue介面，在JDK1.6中被加入，也叫做雙端隊列，即可以在隊列的兩端進行插入和提取操作。 Deque介面在Queue介面的基礎上，加上了addFirst、addLast、offerFirst、offerLast等方法，分別表示這些操作可以在兩端進行。 
常見的Deque的實作類別：ArrayDeque、ConcurrentLinkedDeque、LinkedList、BlockingDeque等。 

Collections Framework中還包含一些其他的介面，但基本由上述介面擴充而來，如SortedSet、SortedMap、BlockingQueue、BlockingDeque、ConcurrentMap等 
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通用的一些實作類別 類庫提供了一些非常有用的基於上述介面的容器實作類別，並且能夠很好的勝任日常開發中的大部分的情境。 
HashSet：基於Set介面的Hash表的實現，比較全面的實現了Set介面。元素在容器的中的順序是無序的，底層是基於HashMap的實現，key表示set容器中國的值，value都是一個相同的對象，HashMap的put方法。 
TreeSet：基於紅/黑樹狀結構實現，繼承於NavigableSet介面，NavigableSet也就是SortedSet的擴充，具有了為給定搜尋目標報告最接近匹配項的導航方法。 
LinkedHashSet：繼承與HashSet類，實現了Set介面，具有可預知迭代順序的 Set 介面的雜湊表和連結清單實現。此實現與 HashSet 的不同之外在於，後者維護著一個運行於所有條目的雙重連結清單。此連結清單定義了迭代順序，即按照將元素插入到 set 中的順序（插入順序）進行迭代。 
ArrayList：實現了List介面，底層基於數組實現，對元素的隨機訪問速度較快，但是插入和刪除操作速度較慢。 
LinkedList：實現了List介面和Deque介面，底層是雙重鏈表實現，對於元素的插入和刪除操作較快，但是隨機訪問的效能較差。當通過隊列使用時，LinkedList表現為一個FIFO隊列。 
ArrayDeque：實現了Deque，是Deque介面一個非常高效的基於數組的實現。 
PriorityQueue：是一個基於優先順序堆的無界優先順序隊列 
HashMap：基於雜湊表的Map介面的實現，允許使用NULL值和key，除了非同步和可以使用null之外，和HashTable大致相同， 
TreeMap：基於紅/黑樹狀結構的NavigableMap實現，其中的映射根據其鍵的自然順序或者建立的時候提供的Comparator進行排序。 
LinkedHashMap：Map介面的雜湊表和鏈表實現，具有可預期的迭代順序。 
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封裝實作類別 在java.util.Collections工具類中提供了一系列的靜態內部類容器，這些內部類也實現了Collection介面，並且具有各自的特性，可以分為以下三類： Collections.unmodifiableInterface：返回指定Interface類型的容器，但是不允許使用者去修改它們。相當於原來容器的一個不能修改的視圖。Collections.synchronizedInterface：返回指定interface類型的容器，但是是安全執行緒的。Collections.checkedInterface：返回指定 interface 的一個動態型別安全視圖。試圖插入一個錯誤類型的元素將導致立即拋出ClassCastException。 ___________________________________________________________________________________________________________________________________
基於特點目的的實現： 
WeakHashMap：我們說容器是用來儲存對象的，更準確的說是用來儲存對象的引用，如果一個長生命週期的容器，保持著一個無用對象的引用，就會造成GC無法回收。weakHashMap以弱鍵 實現的基於雜湊表的 Map。在 WeakHashMap 中，當某個鍵不再正常使用時，將自動移除其條目。更精確地說，對於一個給定的鍵，其映射的存在並不阻止記憶體回收行程對該鍵的丟棄，這就使該鍵成為可終止的，被終止，然後被回收。丟棄某個鍵時，其條目從映射中有效地移除，因此，該類的行為與其他的Map 實現有所不同。 IdentityHashMap：此類利用雜湊表實現Map 介面，比較鍵（和值）時使用引用相等性代替對象相等性。換句話說，在 IdentityHashMap 中，若且唯若 (k1==k2) 時，才認為兩個鍵 k1 和 k2 相等。 CopyOnWriteArrayList：ArrayList的一個安全執行緒的變體，其中所有可變操作（add、set 等等）都是通過對底層數組進行一次新的複製來實現的，一般需要很大的開銷。CopyOnWriteArraySet：內部使用CopyOnWriteArrayList的Set EnumSet：與枚舉類型一起使用的專用的Set實現。枚舉 set 中所有鍵都必須來自單個枚舉類型，該枚舉類型在建立 set 時顯式或隱式地指定。
EnumMap：與枚舉類型一起使用的專用的Map實現。枚舉映射中所有鍵都必須來自單個枚舉類型，該枚舉類型在建立映射時顯式或隱式地指定。枚舉映射在內部表示為數組。此表示形式非常緊湊且高效。 
——————————————————————————————————————————————————————————————————————用於並發用用的實作類別： 
ConcurrentLinkedQueue：一個基於連結節點的無界的安全執行緒的隊列，按照FIFO原則對元素進行排序。 ConcurrentHashMap：支援擷取的完全並發和更新的所期望可調整並發的雜湊表，是基於非阻塞實現的。 LinkedBlockingQueue：一個基於已連結節點的、範圍任意的blocking queue，也是按照FIFO排序元素。 PriorityBlockingQueue：一個帶有優先順序的阻塞隊列的實現。 
其他的並發容器可以在java.util.concurrent包下面找到 

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