Collection接口

Collection是最基本的集合接口，一個Collection代表一組Object，即Collection的元素(Elements)。

所有實現Collection接口的類都必須提供兩個標準的構造函數：無參數的構造函數用于創建一個空的Collection，有一個 Collection參數的構造函數用于創建一個新的Collection，這個新的Collection與傳入的Collection有相同的元素。后 一個構造函數允許用戶復制一個Collection。

如何遍歷Collection中的每一個元素？不論Collection的實際類型如何，它都支持一個iterator()的方法，該方法返回一個迭代器，使用該迭代器即可遍歷訪問Collection中每一個元素，通過Iterator的遍歷是無序的。

典型的用法如下：

1 Iterator it = collection.iterator(); // 獲得一個迭代子

2 while(it.hasNext()) {

3 Object obj = it.next(); // 得到下一個元素

4 }

List接口

List是有序的Collection，使用此接口能夠精確的控制每個元素插入的位置。用戶能夠使用索引(元素在List中的位置，類似于數組下標)來訪問List中的元素，這類似于Java的數組。

除了具有Collection接口必備的iterator()方法外，List還提供一個listIterator()方法，返回一個 ListIterator接口，和標準的Iterator接口相比，ListIterator多了一些add()之類的方法，允許添加，刪除，設定元素， 還能向前或向后遍歷。

實現List接口的常用類有LinkedList，ArrayList，Vector和Stack。

LinkedList類

LinkedList實現了List接口，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。另一種解決方法是在創建List時構造一個同步的List：List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));

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方法運行時間為常數。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。其他的方法運行時間為線性。

每個ArrayList實例都有一個容量(Capacity)，即用于存儲元素的數組的大小。這個容量可隨著不斷添加新元素而自動增加，但是增長算法并沒有定義。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

Vector非常類似ArrayList，但是Vector是同步的。由Vector創建的Iterator，雖然和 ArrayList創建的Iterator是同一接口，但是，因為Vector是同步的，當一個Iterator被創建而且正在被使用，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，實現一個后進先出的堆棧。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，search方法檢測一個元素在堆棧中的位置。Stack剛創建后是空棧。

Vector、ArrayList和LinkedList比較

1.Vector是線程同步的，所以它也是線程安全的，而ArrayList和LinkedList是非線程安全的。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.ArrayList和Vector是實現了基于動態數組的數據結構，LinkedList基于鏈表的數據結構。

3.如果集合中的元素的數目大于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%.如果在集合中使用數據量比較大的數據，用vector有一定的優勢；反之，用ArrayList有優勢。

3.如果查找一個指定位置的數據，Vector和ArrayList使用的時間是相同的，花費時間為O(1)，而LinkedList需要遍歷查找，花費時間為O(i)，效率不如前兩者。

4.而如果移動、刪除一個指定位置的數據花費的時間為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數據所花費的時間為0(1)。

5.對于在指定位置插入數據，LinedList比較占優勢，因為ArrayList要移動數據。

Set接口

Set是一種不包含重復的元素的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的構造函數有一個約束條件，傳入的Collection參數不能包含重復的元素。

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。

Map接口

請注意，Map沒有繼承Collection接口，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接口提供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。

Hashtable類

Hashtable繼承Map接口，實現一個key-value映射的哈希表。任何非空(non-null)的對象都可作為key或者value。

添加數據使用put(key, value)，取出數據使用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兩個參數調整性能。通常缺省的load factor 0.75較好地實現了時間和空間的均衡。增大load factor可以節省空間但相應的查找時間將增大，這會影響像get和put這樣的操作。

由于作為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，不同之處在于HashMap是非同步的，并且允許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，如果迭代操作的性能相當重要的話，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對其內容進行快速查找，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定義順序遍歷鍵，那么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，因為該樹總處于平衡狀態。

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，那么該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；對于需要快速插入，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。

如果程序在單線程環境中，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。

要特別注意對哈希表的操作，作為key的對象要正確復寫equals和hashCode方法。

使用Map時，查找、更新、刪除、新增最好使用HashMap或HashTable；對Map進行自然順序或自定義鍵順序遍歷時，最好使用TreeMap;

盡量返回接口而非實際的類型，如返回List而非ArrayList，這樣如果以后需要將ArrayList換成LinkedList時，客戶端代碼不用改變。這就是針對抽象編程。

總結

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