一、類庫(kù)結(jié)構(gòu)圖概覽

容器對(duì)象僅能持有對(duì)象引用(對(duì)象的指針)，而不是Copy對(duì)象信息，從網(wǎng)上搜得幾張Java中集合類庫(kù)的結(jié)構(gòu)圖，如下所示：

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二、解說(shuō)Collection

2.1 Collection

　　（1）Collection是最基本的集合接口，由Collection接口派生的兩個(gè)接口是List和Set。JDK提供的類都繼承自Collection的“子接口”，如List和Set。

　　（2）所有實(shí)現(xiàn)Collection接口的類都必須提供兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)造函數(shù)：無(wú)參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)和有一個(gè)Collection參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)。前者用于創(chuàng)建一個(gè)空的Collection，后者用于創(chuàng)建一個(gè)新的Collection，允許用戶復(fù)制一個(gè)Collection。

　　（3）不論Collection的實(shí)際類型如何，它都支持一個(gè)iterator()的方法，該方法返回一個(gè)迭代子，可逐一訪問(wèn)Collection中每一個(gè)元素。用法如下：

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

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2.2 Collection和Map區(qū)別：

（1）Collection類型，每個(gè)位置只有一個(gè)元素。

（2）Map類型，持有key-value形式的數(shù)據(jù)（鍵值對(duì)），即其元素是成對(duì)的對(duì)象。

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三、細(xì)說(shuō)List、Set、Map

3.1 List：以某種插入順序來(lái)維護(hù)元素順序，另外元素可以重復(fù)。

　　　　ArrayList：是用數(shù)組來(lái)實(shí)現(xiàn)的，讀取速度快，插入與刪除速度慢（因?yàn)椴迦肱c刪除時(shí)要移動(dòng)后面的元素），適合于隨機(jī)訪問(wèn)。ArrayList初始化時(shí)不可指定容量，如果以new ArrayList()方式創(chuàng)建時(shí)，初始容量為10個(gè)；如果以new ArrayList(Collection c)初始化時(shí)，容量為c.size()*1.1，即增加10%的容量。當(dāng)向ArrayList中添加一個(gè)元素時(shí)，先進(jìn)行容器的容量調(diào)整，如果容量不夠時(shí)，則增加至原來(lái)的1.5倍加1，再然后把元素加入到容器中，即以原始容量的0.5倍比率增加。

　　　　LinkedList：是用雙向鏈表來(lái)實(shí)現(xiàn)的，刪除與插入速度快，讀取速度較慢，因?yàn)樗x取時(shí)是從頭向尾或從尾向頭查找元素，適合于元素的插入與刪除操作。

　　　　Vector：功能與ArrayList幾乎相同，也是用數(shù)組來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其添加、刪除等都是基于線程同步的。當(dāng)一個(gè)Iterator正在被使用，如果另一個(gè)線程改變了Vector的狀態(tài)，這時(shí)將拋出ConcurrentModificationException異常，因此必須捕獲該異常。Vector初始化時(shí)可以設(shè)定容量，如果以new Vector()方式創(chuàng)建，則其初始容量為10，超過(guò)容量時(shí)以2倍容量增加；如果以new Vector(Collection c)方式創(chuàng)建，則其初始容量為c.size()*1.1，超過(guò)時(shí)以2倍容量增加；如果以new Vector(int initialCapacity, int capacityIncrement)，則以capacityIncrement容量單位增加。

　　　　Stack：Stack繼承自Vector，實(shí)現(xiàn)一個(gè)后進(jìn)先出的堆棧，線程同步。

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3.2 Set：Set接口不保證維護(hù)元素的次序，隨機(jī)訪問(wèn)不具有意義（List或數(shù)組具備隨機(jī)訪問(wèn)性質(zhì)），存入Set的每個(gè)元素必須是唯一的（即元素不可重復(fù)），也就是說(shuō)加入Set的Object必須定義equals()方法以確保對(duì)象的唯一性。

　　　　HashSet：HashSet是最常用的，其查詢速度最快（采用散列函數(shù)），存入HashSet的對(duì)象必須定義hashCode()方法，因?yàn)槠鋬?nèi)部以HashMap來(lái)實(shí)現(xiàn)，?它不保證集合的迭代順序，特別是它不保證該順序恒久不變。此類允許使用?null元素，其實(shí)現(xiàn)不是同步的。

　　　　LinkedHashSet：繼承了HashSet，其內(nèi)部使用LinkedHashMap實(shí)現(xiàn)（使用鏈表維護(hù)元素的順序(哈希函數(shù)+鏈表)），在使用迭代器遍歷LinkedHashSet時(shí)，結(jié)果會(huì)按元素插入的次序顯示。

　　　　TreeSet：TreeSet實(shí)現(xiàn)了SortedSet接口，其內(nèi)部以TreeMap來(lái)實(shí)現(xiàn)，生成一個(gè)總是處于排序狀態(tài)的Set。

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3.3 Map：Map提供的不是對(duì)象與數(shù)組的關(guān)聯(lián)，而是對(duì)象和對(duì)象的關(guān)聯(lián)。

　　　　TreeMap：鍵以某種排序規(guī)則排序，其內(nèi)部以red-black（紅-黑）樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了SortedMap接口

　　　　HashMap:?HashMap是以哈希表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，查找對(duì)象時(shí)通過(guò)哈希函數(shù)計(jì)算其位置，它是為快速查詢而設(shè)計(jì)的，其內(nèi)部定義了一個(gè)hash表數(shù)組（Entry[] table），元素會(huì)通過(guò)哈希轉(zhuǎn)換函數(shù)將元素的哈希地址轉(zhuǎn)換成數(shù)組中存放的索引，如果有沖突，則使用散列鏈表的形式將所有相同哈希地址的元素串起來(lái)。

　　　　LinkedHashMap：繼承HashMap，其內(nèi)部實(shí)體LinkedHashMap.Entry繼承自HashMap.Entry，LinkedHashMap.Entry在HashMap.Entry的基礎(chǔ)上新增了兩個(gè)實(shí)體引用（Entry before, after），這樣實(shí)體可以相互串鏈起來(lái)形成鏈，并且在LinkedHashMap中定義了一個(gè)頭節(jié)點(diǎn)（Entry header）用來(lái)指向循環(huán)雙向鏈的第一個(gè)元素（通過(guò)after指向）與最后一個(gè)元素（通過(guò)before指向）。在添加一個(gè)元素時(shí)，先通過(guò)父類HashMap將元素加入到hash表數(shù)組里，然后再在鏈尾（header.before指向位置）添加（當(dāng)然這一過(guò)程只是調(diào)整LinkedHashMap.Entry對(duì)象內(nèi)部的before、after而已，并不是創(chuàng)建一個(gè)新的鏈表結(jié)構(gòu)向里加）；刪除一個(gè)元素時(shí)，先從hash表數(shù)組中刪除，再將被刪除的元素徹底的從雙向鏈中斷開，其實(shí)在鏈中添加與刪除操作與LinkedList是一樣的。

　　　　WeakHashMap：WeakHashMap是一種改進(jìn)的HashMap，若一個(gè)key不再被外部所引用，那么該key可以被GC回收。

　　　　Hashtable：Hashtable是以哈希表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，解決沖突時(shí)與HashMap一樣，也是采用了散列鏈表的形式，不過(guò)性能比HashMap要低。

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3.4 集合中的鍵值是否允許為null

（1）List：可以有多個(gè)null。

（2）HashSet：能插入一個(gè)null（其內(nèi)部以HashMap實(shí)現(xiàn)?），忽略重復(fù)元素（即不插入重復(fù)元素）。

（3）TreeSet：不能插入null?（其內(nèi)部以TreeMap?實(shí)現(xiàn)?）?，且元素不能重復(fù)，如果待插入的元素已經(jīng)存在，則不插入。

（4）HashMap：允許一個(gè)null鍵與多個(gè)null值；若鍵重復(fù)，則覆蓋以前值。

（5）HashTable：不允許null鍵與null值(否則運(yùn)行進(jìn)報(bào)空指針異常)；若鍵重復(fù)，則覆蓋以前值。

?（6）TreeMap：不允許null鍵(實(shí)際上可以插入一個(gè)null鍵，如果這個(gè)Map里只有一個(gè)元素是不會(huì)報(bào)錯(cuò)的，因?yàn)橐粋€(gè)元素時(shí)沒有排序操作，也就不會(huì)報(bào)空指針異常，但如果插入第二個(gè)時(shí)就會(huì)立即報(bào)錯(cuò))，但允許多個(gè)null值；若鍵重復(fù)，則覆蓋以前值。

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此處看一個(gè)HashMap的簡(jiǎn)單示例：若鍵重復(fù)，則覆蓋以前值

package com.test;import java.util.*;public class Test {public static void main(String[] args) {Map map = new HashMap();map.put("Rajib Sarma", "100");map.put("Rajib Sarma", "200");// The value "100" is replaced by "200".map.put("Sazid Ahmed", "200");Iterator iter = map.entrySet().iterator();while (iter.hasNext()) {Map.Entry entry = (Map.Entry) iter.next();Object key = entry.getKey();Object val = entry.getValue();System.out.println(key);System.out.println(val);}} }

結(jié)果如下：

Sazid Ahmed 200 Rajib Sarma 200

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四、應(yīng)用場(chǎng)景

4.1 對(duì)List的選擇

（1）對(duì)于隨機(jī)查詢與迭代遍歷操作，數(shù)組比所有的容器都要快。

（2）從中間的位置插入和刪除元素，LinkedList要比ArrayList快，特別是刪除操作。

（3）Vector通常不如ArrayList快，且應(yīng)該避免使用，它目前仍然存在于類庫(kù)中的原因是為了支持過(guò)去的代碼。

（4）最佳實(shí)踐：將ArrayList作為默認(rèn)首選，只有當(dāng)程序的性能因經(jīng)常從list中間進(jìn)行插入和刪除而變差的時(shí)候才去選擇LinkedList。當(dāng)然了，如果只是使用固定數(shù)量的元素，就應(yīng)該選擇數(shù)組了。

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4.2 對(duì)Set的選擇

（1）HashSet的性能總比TreeSet好(特別是最常用的添加和查找元素操作)。

（2）TreeSet存在的唯一原因是，它可以維持元素的排序狀態(tài)，所以只有當(dāng)你需要一個(gè)排好序的Set時(shí)，才應(yīng)該使用TreeSet。

（3）對(duì)于插入操作，LinkedHashSet比HashSet略微慢一點(diǎn)：這是由于維護(hù)鏈表所帶來(lái)額外開銷造成的。不過(guò)，因?yàn)橛辛随湵?#xff0c;遍歷LinkedHashSet會(huì)比HashSet更快。

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4.3 對(duì)Map的選擇

（1）HashMap和Hashtable的效率大致相同(通常HashMap更快一點(diǎn)，所以HashMap有意取代Hashtable)。

（2）TreeMap通常比HashMap慢，因?yàn)橐S護(hù)排序。

（3）HashMap正是為快速查詢而設(shè)計(jì)的。

（4）LinkedHashMap比HashMap慢一點(diǎn)，因?yàn)樗S護(hù)散列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的同時(shí)還要維護(hù)鏈表。

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五、Iterator

http://blog.csdn.net/chenssy/article/details/37521461

5.1 Iterator對(duì)ArrayList(LinkedList)的操作限制

（1）剛實(shí)例化的迭代器如果還沒有進(jìn)行后移操作(next)是不能馬上進(jìn)行刪除與修改操作的。

（2）進(jìn)行添加操作后是不能立即進(jìn)行刪除與修改操作的。

（3）進(jìn)行刪除操作后可以進(jìn)行添加，但不能進(jìn)行修改操作。

（4）進(jìn)行修改后是可以立即進(jìn)行刪除與添加操作的。

（5）可以用ListIterator對(duì)集合連續(xù)添加與修改，但不能連續(xù)刪除。

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5.2 通過(guò)迭代器修改集合結(jié)構(gòu)

在使用迭代器遍歷集合時(shí)，我們不能通過(guò)集合本身來(lái)修改集合的結(jié)構(gòu)（添加、刪除），只能通過(guò)迭代器來(lái)操作。

下面是對(duì)HashMap進(jìn)行刪除操作的測(cè)試，其它集合也是這樣：

package com.test;import java.util.*; import java.util.Map.Entry;public class Test {public static void main(String[] args) {Map map = new HashMap();map.put(1, 1);map.put(2, 3);Set entrySet = map.entrySet();Iterator it = entrySet.iterator();while (it.hasNext()) {Entry entry = (Entry) it.next();/** 可以通過(guò)迭代器來(lái)修改集合結(jié)構(gòu)，但前提是要在已執(zhí)行過(guò)next或前移操作，* 否則會(huì)拋異常：IllegalStateException*///it.remove();/** 拋異常：ConcurrentModificationException* 不能使用集合本身來(lái)修改集合的結(jié)構(gòu)*/// map.remove(entry.getKey());}//end while System.out.println(map);} }

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六、HashMap

6.1 HashMap的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

HashMap是一個(gè)數(shù)組和鏈表的結(jié)合體（在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)稱“鏈表散列“），如下圖所示：

　　當(dāng)我們往HashMap中put元素的時(shí)候，先根據(jù)key的hash值得到這個(gè)元素在數(shù)組中的位置（即下標(biāo)），然后就可以把這個(gè)元素放到對(duì)應(yīng)的位置中了。如果這個(gè)元素所在的位置上已經(jīng)存放有其他元素，那么在同一個(gè)位置上的元素將以鏈表的形式存放，新加入的元素放在鏈頭，之前的元素放在鏈尾，如下圖所示：

注意：與TreeMap不同，HashMap不保證元素順序，根據(jù)需要該容器可能會(huì)對(duì)元素重新哈希，元素的順序會(huì)被打散，因此不同時(shí)間迭代同一個(gè)HashMap的順序可能會(huì)不同。

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6.2 HashMap和Hashtable的區(qū)別

（1）在HashMap中，可以允許null作為鍵，且只可以有一個(gè)，否則覆蓋，但可以有一個(gè)或多個(gè)值為null。當(dāng)get()方法返回null時(shí)，既可以表示 HashMap中沒有該鍵，也可以表示該鍵所對(duì)應(yīng)的值為null，所以HashMap不能由get()方法來(lái)判斷是否存在某個(gè)鍵，而應(yīng)該用containsKey()方法來(lái)判斷；而Hashtable不允許null鍵與null值。

（2）HashMap中hash數(shù)組的默認(rèn)大小是16，而且一定是2的多少次方；HashTable中hash數(shù)組的默認(rèn)大小是11，增加的方式是 int newCapacity = oldCapacity * 2 + 1;，即增加至2倍（而不是2倍加1，因?yàn)閿U(kuò)容是在增加元素前進(jìn)行的，在擴(kuò)容后會(huì)將新增元素放入容器中）。另外兩者的默認(rèn)負(fù)載因子都是0.75。

（3）HashMap是Map接口的一個(gè)實(shí)現(xiàn)類；Hashtable是Dictionary的子類

public class HashMap extends AbstractMap implements Map public class Hashtable extends Dictionary implements Map

（4）HashMap中的方法在缺省情況下是非同步的，而Hashtable中的方法是同步的。在多線程應(yīng)用程序中，我們應(yīng)該使用Hashtable；而對(duì)于HashMap，則需要額外的同步機(jī)制（其實(shí)HashMap的同步問(wèn)題可通過(guò)Collections的一個(gè)靜態(tài)方法得到解決：Map Collections.synchronizedMap(Map m)，當(dāng)然也可以自己在使用地方加鎖）。

　　注：java.util.concurrent.ConcurrentHashMap是HashMap的線程安全版，同HashMap相比，ConcurrentHashMap不僅保證了訪問(wèn)的線程安全性，而且在效率上與Hashtable相比，有較大的提高。

（5）兩者遍歷方式的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)不同，HashMap、Hashtable均使用了Iterator，而由于歷史原因，Hashtable還使用了Enumeration的方式 。

（6）求哈希地址與哈希地址轉(zhuǎn)hash數(shù)組（Entry table[]）索引的方法不同，如下所示：

HashTable直接使用對(duì)象的hashCode：

int hash = key.hashCode();//直接使用鍵的hashCode方法求哈希值 //哈希地址轉(zhuǎn)hash數(shù)組索引，先使用最大正int數(shù)與，這樣將負(fù)轉(zhuǎn)正數(shù)，再與數(shù)組長(zhǎng)度求模得到存入的hash數(shù)組索引位置 int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;

HashMap重新計(jì)算hash值，而且用位運(yùn)算&代替求模：

int hash = hash(k); int i = indexFor(hash, table.length); static int hash(Object x) { //以鍵本身的hash碼為基礎(chǔ)求哈希地址，但看不懂是什么意思 int h = x.hashCode(); h += ~(h << 9); h ^= (h >>> 14); h += (h << 4); h ^= (h >>> 10); return h; }
static int indexFor(int h, int length) { return h & (length-1);//將哈希地址轉(zhuǎn)換成哈希數(shù)組中存入的索引號(hào) }

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補(bǔ)充：

（1）當(dāng)以自己的對(duì)象做為HashMap、HashTable、LinkedHashMap、HashSet 、LinkedHashSet 的鍵時(shí)，一定要重寫hashCode ()與equals ()方法，因?yàn)镺bject的hashCode()是返回內(nèi)存地址，且equals()方法也是比較內(nèi)存地址，所以當(dāng)要在這些hash集合中查找時(shí)，如果是另外new出的新對(duì)象是查不到的，除非重寫這兩個(gè)方法。因?yàn)锳bstractMap類的containsKey(Object key)方法實(shí)現(xiàn)如下：

if (e.hash == hash && eq(k, e.key))//先比對(duì)hashcode，再使用equals return true; static boolean eq(Object x, Object y) { return x == y || x.equals(y); }

Java中的集合框架的哈希是以一個(gè)對(duì)象查找另外一個(gè)對(duì)象，所以重寫hasCode與equals方法很重要。String對(duì)象是可以作為鍵的，因?yàn)橐阎貙懥诉@兩個(gè)方法。

（2）重寫hashCode()與equals()這兩個(gè)方法是針對(duì)哈希類，至于其它集合，如果要用public boolean contains(Object o)或containsValue(Object value)查找時(shí)，只需要實(shí)現(xiàn)equals()方法即可，他們都只使用對(duì)象的 equals方法進(jìn)行比對(duì)，沒有使用 hashCode方法。

（3）TreeMap/TreeSet：放入其中的元素一定要具有自然比較能力(即要實(shí)現(xiàn)java.lang.Comparable接口)或者在構(gòu)造TreeMap/TreeSet時(shí)傳入一個(gè)比較器(實(shí)現(xiàn)java.util.Comparator接口)，如果在創(chuàng)建時(shí)沒有傳入比較器，而放入的元素也沒有自然比較能力時(shí)，會(huì)出現(xiàn)類型轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤(因?yàn)樵跊]有較器時(shí)，會(huì)試著轉(zhuǎn)成Comparable型)。

兩種比較接口如下：

//自然比較器 public interface java.lang.Comparable { public int compareTo(Object o); } public interface java.util.Comparator { int compare(Object o1, Object o2); boolean equals(Object obj); }

（4）在多線程環(huán)境下，可以使用Collections類的相應(yīng)靜態(tài)方法來(lái)包裝相應(yīng)的集合類，使它們線程安全：

A、public static Collection synchronizedCollection (Collection c)方法的實(shí)質(zhì)是返回包裝后的SynchronizedCollection子類。

B、使用Collections的synchronizedList、synchronizedMap、synchronizedSet等方法來(lái)獲取經(jīng)過(guò)包裝了的同步集合（如：List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));或?Collections.synchronizedMap(originMap)?）

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Collections代碼如下：

public class Collections { //... static Collection synchronizedCollection(Collection c, Object mutex) { return new SynchronizedCollection(c, mutex); } public static List synchronizedList(List list) { //... } static Set synchronizedSet(Set s, Object mutex) { //... } public static Map synchronizedMap(Map m) { return new SynchronizedMap(m); } //... static class SynchronizedCollection implements Collection, Serializable { Collection c; // 對(duì)給定集合進(jìn)行同步（包裝） Object mutex; // 對(duì)象鎖，可以自己設(shè)置 //... SynchronizedCollection(Collection c, Object mutex) { this.c = c; this.mutex = mutex; } public int size() { synchronized (mutex) { return c.size(); } } public boolean isEmpty() { synchronized (mutex) { return c.isEmpty(); } } //... } static class SynchronizedList extends SynchronizedCollection implements List { List list; SynchronizedList(List list, Object mutex) { super(list, mutex); this.list = list; } public Object get(int index) { synchronized (mutex) { return list.get(index); } } //... } static class SynchronizedSet extends SynchronizedCollection implements Set { SynchronizedSet(Set s) { super(s); } //... } //... }

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隊(duì)列類圖：

Deque（雙端隊(duì)列）：兩端都可以進(jìn)出的隊(duì)列。當(dāng)我們約束從隊(duì)列的一端進(jìn)出時(shí)，就形成了另一種存取模式，它遵循先進(jìn)后出原則，這就是棧結(jié)構(gòu)。

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參考資料

（1）http://www.blogjava.net/EvanLiu/archive/2007/11/12/159884.html

（2）http://www.cnblogs.com/CarpenterLee/p/5440428.html

（3）http://www.cnblogs.com/caca/p/java_Hashtable.html

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/studyLog-share/p/4691431.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的java集合浅谈（一）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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