• 一、Collection接口簡介

• 二、Collection源碼分析

• 三、Collection的子類以及子類的實現

  • 3.1 List extend Collection

  • 3.2 Set extend Collection

  • 3.3 Queue extend Collection

• 四、Collection和Map的辨析

• 五、Collection和Collections的辨析

• 六、總結

一、Collection接口簡介

collection在java集合中，算是頂級接口，它繼承了iterable接口，不能實例化，只能實例化其子類。之所以需要這樣一個接口，是因為java作為面向對象，總是避免不了處理多個對象的情況，要處理多個對象，首先需要容器存儲，這個容器就是集合。為什么有了數組，還需要集合，因為數組的功能單一，長度不可變，而有些集合實現類則是對數組操作的封裝。

Collection集合和數組的區別：

• 集合長度可以變，數組是定長的
• 集合存儲的元素只能是引用類型，而數組則可以是基本類型
• 數組只能執行基本操作，而集合功能經過拓展，更加豐富。

graph TD;
Collection -->List-有順序,可重復
List-有順序,可重復 -->LinkedList-使用鏈表實現,線程不安全
List-有順序,可重復 -->ArrayList-數組實現,線程不安全
List-有順序,可重復 -->Vector-數組實現,線程安全
Vector-數組實現,線程安全 -->Stack-堆棧,先進后出

Collection-->Set-不可重復,內部排序
Set-不可重復,內部排序-->HashSet-hash表存儲
HashSet-hash表存儲-->LinkHashSet-鏈表維護插入順序
Set-不可重復,內部排序-->TreeSet-二叉樹實現,排序

Collection-->Queue-隊列,先進先出

二、Collection源碼分析

Collection繼承于Iterable接口，而Iterable接口，是集合的頂級接口，沒有之一，Iterable接口定義的功能是可以迭代，也就是獲取迭代器iterator的功能，因此Collection以及其實現類也間接獲得迭代的功能。

為什么需要這樣子定義呢？我陷入了深深地思考...?

其實，這也算是哲學問題，java的類的設計是經過很長時間的考驗以及調整形成的，平衡修改以及耦合等各方面的原因，結構更加清晰，維護成本更低，邏輯性更強。這些接口就是一個個標準或者規范，其子類就是不斷拓展功能，這些接口的形成是一種抽象，將能迭代事物抽象成為迭代器iterator,將獲取迭代器，也就是迭代能力抽象成iterable。Collection則是獲得迭代能力的接口之一，其實Map的實現類里面也是有使用到iterable接口，幾乎所有的集合實現類都是需要遍歷元素的，所以這個iterable也是必須存在的，存在即合理。

下面看Collection接口以及iterable接口的方法對比：從上面的圖我們可以看出，iterable接口功能主要是

• 獲取迭代器iterator
• foreach()遍歷
• 獲取可切分迭代器Spliterator

Collection接口在此基礎上進行拓展，源碼接口如下：

boolean?add(Object?o)????//添加元素boolean?remove(Object?o)??//移除元素boolean?addAll(Collection?c)?//批量添加boolean?removeAll(Collection?c)??//批量移除void?retainAll(Collection?c)???//?移除在c中不存在的元素void?clear()??//清空集合int?size()???//集合大小boolean?isEmpty()????//是否為空boolean?contains(Object?o)????//是否包含在集合中boolean?containsAll(Collection?c)????//是否包含所有的元素
Iterator?iterator()????//?獲取迭代器
Object[]?toArray()???//?轉成數組default?boolean?removeIf(Predicate?super?E>?filter)?{}?//?刪除集合中復合條件的元素，刪除成功返回true

boolean?equals(Object?o)int?hashCode()default?Spliterator?spliterator()?{}?//獲取可分割迭代器

default?Stream?stream()?{}???//獲取流

default?Stream?parallelStream()?{}?//獲取并行流

里面獲取并行流的方法parallelStream(),其實就是通過默認的ForkJoinPool(主要用來使用分治法(Divide-and-Conquer Algorithm)來解決問題)，提高多線程任務的速度。我們可以使用ArrayList來演示一下平行處理能力。例如下面的例子，輸出的順序就不一定是1,2,3...，可能是亂序的，這是因為任務會被分成多個小任務，任務執行是沒有特定的順序的。

List?list?=?Arrays.asList(1,?2,?3,?4,?5,?6,?7,?8,?9);
list.parallelStream()
???????.forEach(out::println);

上面源代碼可以看出，Collection接口定義了功能規范，有以下功能方法：

• 添加元素
• 刪除元素
• 判斷是否包含/是否全部包含/是否為空
• 獲取迭代器/可分割迭代器
• 獲取長度
• 取交集
• 獲取流/并行流

我們遍歷元素的時候可以獲取Iterator,但是具體的實現是以子類的特性去實現的，比如ArrayList是用內部類的方式實現了Iterator接口。

三、Collection的子類以及子類的實現

繼承Collection的子類關系如下：

上面的類圖已經足夠清楚，下面是一些簡單的概括(上面的類型是使用IDEA的類圖功能自動生成，簡直不能太好用???感覺發現了新大陸)

3.1 List extend Collection

繼承于Collection接口，有順序，取出的順序與存入的順序一致，有索引，可以根據索引獲取數據，允許存儲重復的元素，可以放入為null的元素。
最常見的三個實現類就是ArrayList，Vector,LinkedList，ArrayList和Vector都是內部封裝了對數組的操作，唯一不同的是，Vector是線程安全的，而ArrayList不是，理論上ArrayList操作的效率會比Vector好一些。

里面是接口定義的方法：

int?size();??//獲取大小

boolean?isEmpty();??//判斷是否為空

boolean?contains(Object?o);??//是否包含某個元素

Iterator?iterator();?//獲取迭代器

Object[]?toArray();??//?轉化成為數組(對象)

?T[]?toArray(T[]?a);??//?轉化為數組(特定位某個類)boolean?add(E?e);?//添加boolean?remove(Object?o);??//移除元素boolean?containsAll(Collection>?c);?//?是否包含所有的元素boolean?addAll(Collection?extends?E>?c);?//批量添加boolean?addAll(int?index,?Collection?extends?E>?c);?//批量添加，指定開始的索引boolean?removeAll(Collection>?c);?//批量移除boolean?retainAll(Collection>?c);?//將c中不包含的元素移除default?void?replaceAll(UnaryOperator?operator)?{}//替換default?void?sort(Comparator?super?E>?c)?{}//?排序void?clear();//清除所有的元素boolean?equals(Object?o);//是否相等int?hashCode();?//計算獲取hash值E?get(int?index);?//通過索引獲取元素E?set(int?index,?E?element);//修改元素void?add(int?index,?E?element);//在指定位置插入元素E?remove(int?index);//根據索引移除某個元素int?indexOf(Object?o);??//根據對象獲取索引int?lastIndexOf(Object?o);?//獲取對象元素的最后一個元素ListIterator?listIterator();?//?獲取List迭代器ListIterator?listIterator(int?index);?//?根據索引獲取當前的位置的迭代器List?subList(int?fromIndex,?int?toIndex);?//截取某一段數據default?Spliterator?spliterator(){}?//獲取可切分迭代器

上面的方法都比較簡單，值得一提的是里面出現了ListIterator，這是一個功能更加強大的迭代器，繼承于Iterator,只能用于List類型的訪問，拓展功能例如：通過調用listIterator()方法獲得一個指向List開頭的ListIterator，也可以調用listIterator(n)獲取一個指定索引為n的元素的ListIterator,這是一個可以雙向移動的迭代器。
操作數組索引的時候需要注意，由于List的實現類底層很多都是數組，所以索引越界會報錯IndexOutOfBoundsException。
說起List的實現子類：

• ArrayList：底層存儲結構是數組結構，增加刪除比較慢，查找比較快，是最常用的List集合。線程不安全。
• LinkedList：底層是鏈表結構，增加刪除比較快，但是查找比較慢。線程不安全。
• Vector：和ArrayList差不多，但是是線程安全的，即同步。

3.2 Set extend Collection

Set接口，不允許放入重復的元素，也就是如果相同，則只存儲其中一個。

下面是源碼方法：

int?size();?//獲取大小

boolean?isEmpty();??//是否為空
?
boolean?contains(Object?o);?//是否包含某個元素

Iterator?iterator();?//獲取迭代器

Object[]?toArray();?//轉化成為數組

?T[]?toArray(T[]?a);?//轉化為特定類的數組boolean?add(E?e);???//添加元素boolean?remove(Object?o);???//移除元素boolean?containsAll(Collection>?c);???//是否包含所有的元素boolean?addAll(Collection?extends?E>?c);??//批量添加boolean?retainAll(Collection>?c);?//移除所有不存在于c集合中的元素boolean?removeAll(Collection>?c);?//移除所有在c集合中存在的元素void?clear();???//清空集合boolean?equals(Object?o);???//是否相等int?hashCode();?//計算hashcodedefault?Spliterator?spliterator()?{}?????//獲取可分割迭代器

主要的子類：

• HashSet
  • 允許空值
  • 通過HashCode方法計算獲取hash值，確定存儲位置，無序。
  • 底層是哈希表，一個元素為鏈表的數組
• LinkedHashSet
  • HashSet的子類
  • 有順序
  • 底層由哈希表組成
• TreeSet
  • 如果無參數構建Set，則需要實現Comparable方法。
  • 亦可以創建時傳入比較方法，用于排序。

3.3 Queue extend Collection

隊列接口，在Collection接口的接觸上添加了增刪改查接口定義，一般默認是先進先出，即FIFO，除了優先隊列和棧，優先隊列是自己定義了排序的優先順序，隊列中不允許放入null元素。

下面是源碼：

boolean?add(E?e);???//插入一個元素到隊列，失敗時返回IllegalStateException?(如果隊列容量不夠)

boolean?offer(E?e);?//插入一個元素到隊列，失敗時返回false

E?remove();?//移除隊列頭的元素并移除

E?poll();???//返回并移除隊列的頭部元素，隊列為空時返回null

E?element();????//返回隊列頭元素

E?peek();???//返回隊列頭部的元素，隊列為空時返回null

主要的子接口以及實現類有：

• Deque(接口):Queue的子接口，雙向隊列，可以從兩邊存取
  • ArrayDeque：Deque的實現類，底層用數組實現，數據存貯在數組中
• AbstractQueue：Queue的子接口，僅實現了add、remove和element三個方法
  • PriorityQueue：按照默認或者自己定義的順序來排序元素，底層使用堆(完全二叉樹)實現，使用動態數組實現，
• BlockingQueue：在java.util.concurrent包中，阻塞隊列，滿足當前無法處理的操作。

對于Collection集合我們應該使用哪一個？

每個實現都有自己的特點，重要的是知道當前數據以及業務的特點，選取最適合的集合類進行數據操作。

• 元素唯一(Set)
  • 唯一，有序 (自定義排序)：TreeSet(速度較慢)
  • FIFO，按照插入順序，唯一：LinkedHashSet(速度較快)
  • 需要排序
  • 不需要排序：HashSet(速度最快)
• 元素唯一
  • 普通排隊 ：Queue的子類
  • 兩端都可以排隊：ArrayDeque
  • 按照自己定義的規則排序：PriorityQueue
  • 處理排隊當前無法處理太多請求(相當于緩沖)：阻塞隊列接口BlockingQueue
  • 線程安全：Vector
  • 接受線程不安全
  • 查詢比較多：ArrayList
  • 增加刪除操作較多：LinkedList
  • 列表：List
  • 排隊

四、Collection和Map的辨析

• Collection接口是存儲單列元素，而Map是鍵值對，也就是存儲了雙列元素。
• Collection接口繼承了Iterable接口，而Map則不是，Map是在各自的實現類中才用內部類的方式實現Iterator接口，例如HashMap，key或者value或者它們的組合entry都可以使用迭代器進行遍歷。
• 兩個的子類其實是有交集的，比如HashSet的底層實現其實就是定義了一個HashMap，TreeSet同樣依賴于Map接口的子實現類TreeMap。

Map集合可以存儲鍵值對，可以獲取所有的鍵，或者值或者鍵值對，鍵不允許重復，但是值可以重復。隨便說說Map相關的子類：

• HashTable:
  • 源于JDK1.1，底層使用數組和鏈表
  • 線程安全，不允許null作為key或者value
• HashMap:
  • 源于JDK1.2，JDK1.7以及之前使用數組+鏈表實現，JDK1.8使用數組+鏈表/紅黑樹
  • 線程不安全
• LinkedHashMap:
  • 保存了插入的順序，可以按照順序遍歷
• TreeMap:
  • 實現了SortMap接口，可以把保存的記錄按照鍵排序
  • 底層是用紅黑樹實現

五、Collection和Collections的辨析

(1).Collection是集合的頂級接口之一，衍生出了Set，List，Queue等一系列接口以及實現類。而Collections是一個輔助類，就是實現一些排序，搜索，線程安全等功能，它主要體現的功能是操作集合，而Collection則是集合本身。

(2).Collection是接口，其本身不能實例化，但是可以實例化為其子類或者實現類，但是Collections是包裝類，一般不會實例化，直接調用static方法。

Collections接口主要提供了以下操作，只展示了部分，詳細需要后面文章說：

Sort(排序)：public static > void sort(List list)，元素需要實現Comparable接口，按照比較器進行排序。

binarySearch(二分搜索):public static int binarySearch(List extends Comparable super T>> list, T key),

reverse(反轉)：public static void reverse(List> list)反轉順序

Shuffling(混排)：public static void shuffle(List> list),將list的元素隨機打亂。

交換(swap)：public static void swap(List> list, int i, int j)交換兩個索引的元素

拷貝(copy):public static void copy(List super T> dest, List extends T> src)，copy出一個內容一致的list。

返回最小的元素(min)：所謂大小，根據指定的比較器決定，static > T min(Collection extends T> coll)

返回最大的元素(max)：static > T max(Collection extends T> coll)

旋轉(Rotate)：將一個List旋轉，假如有個序列列list是[1,2,3,4]，調用方法Collections.rotate(list, 1)后，得到list就變成[4,1,2,3]，public static void rotate(List> list, int distance)

替換所有元素(replaceAll)：public static boolean replaceAll(List list, T oldVal, T newVal)

獲取元素出現最后的索引(lastIndexOfSubList)：public static int lastIndexOfSubList(List> source, List> target)

六、總結

Collection接口繼承了iterable接口，是集合的頂級接口之一，衍生接口有List,Set,Queue等，主要定義了元素的基本操作，刪除，添加等等方法，迭代一個Collection可以使用Iterator，但是Collection本身不能實例化。

- END -

總結

以上是生活随笔為你收集整理的2接口详解_java集合【2】——— Collection接口详解的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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