文章目錄

• 集合框架
• Collection
• • List
  • • List常用方法
    • ArrayList
    • • ArrayList常用方法
    • LinkedList
    • • LinkedList常用方法
    • Vector
    • • Vector 常用方法
    • Stack
    • • Stack 常用方法
  • Set
  • • HashSet
    • • HashSet 常用方法
    • LinkedHashSet
    • • LinkedHashSet 常用方法
    • TreeSet
    • • TreeSet常用方法
    • EnumSet
    • • EnumSet 常用方法
• Map
• • HashMap
  • • HashMap 常用方法
  • Hashtable
  • LinkedHashMap
  • • LinkedHashMap 的常用方法
  • TreeMap
  • • TreeMap 常用方法
    • TreeMap 排序方式
  • WeakHashMap
  • • WeakHashMap 常用方法
  • IdentityHashMap
  • • IdentityHashMap 常用方法
  • EnumMap
  • • EnumMap 常用方法
  • Properties
  • • Properties 常用方法

集合框架

Collection

Collection 接口用于表示任何對象或元素組。它是 List 和 Set 的父接口。

Collection 聲明的方法：

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List

List集合代表一個有序、可變長、可重復的集合，集合中每個元素都有其對應的順序索引。List集合默認按照元素的添加順序設置元素的索引，可以通過索引（類似數組的下標）來訪問指定位置的集合元素。

List相當于下圖的格子，按順序放入值，for循環可以挨個取出：

實現List接口的集合主要有：ArrayList、LinkedList、Vector、Stack。

特點梳理：

• List集合為列表類型，以線性方式，有序存取對象。各元素的順序就是對象插入時的順序，即元素按進入先后有序保存。

• List集合有序是指存儲的元素有下標，下標從0開始，以1遞增。所以可以通過使用索引來訪問List集合中的元素，即可以用下標進行元素的操作

• List集合中的元素允許重復，即可以存儲重復的元素。

List常用方法

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ArrayList

ArrayList是一個動態數組，也是我們最常用的集合，是List類的典型實現。它允許任何符合規則的元素插入甚至包括null。每一個ArrayList都有一個初始容量（10），該容量代表了數組的大小。隨著容器中的元素不斷增加，容器的大小也會隨著增加。在每次向容器中增加元素的同時都會進行容量檢查，當快溢出時，就會進行擴容操作。所以如果我們明確所插入元素的多少，最好指定一個初始容量值，避免過多的進行擴容操作而浪費時間、效率。

如上圖，ArrayList若要找Killer，則要通過for循環，從Tom開始挨個找才能找到，ArrayList的查詢速度比LinkedList快，但不及HashMap快。數據若是很龐大，而且又頻繁查找的業務，建議使用散列表。

特點梳理：

• 底層數據結構是數組，添加、查找、刪除均采用基本數組操作，可以存儲重復元素

• 查找效率高，添加、刪除效率低，整體效率高

• 初始大小10，最大容量Integer.MAX_VALUE - 8

• 滿時擴容，擴容大小為1.5倍，（int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1）。

• 采用Arrays.copyOf()產生新數組

• 沒有同步，線程不安全

ArrayList常用方法

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LinkedList

LinkedList 是List 接口的另一個實現類，除了可以根據索引訪問集合元素外，LinkedList 還實現了 Deque 接口，可以當作雙端隊列來使用，也就是說，既可以當作“棧”使用，又可以當作隊列使用。

LinkedList 的實現機制與 ArrayList 的實現機制完全不同，ArrayList 內部以數組的形式保存集合的元素，所以隨機訪問集合元素有較好的性能；LinkedList 內部以鏈表的形式保存集合中的元素，所以隨機訪問集合中的元素性能較差，但在插入刪除元素時有較好的性能。

特點梳理：

• 同時實現了Queue和Deque接口

• 底層采用雙向鏈表實現，頭結點不存放數據，允許為null
  

• 只要是遍歷鏈表就需要使用 ListIterator

• 索引優化，可以根據 index 可以選擇從 first 和 last 開始遍歷

• 線程不安全

LinkedList常用方法

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Vector

與 ArrayList 相似，但是 Vector 是同步的。所以說 Vector 是線程安全的動態數組。它的操作與 ArrayList 幾乎一樣。

Vector 類實現了可擴展的對象數組。 像數組一樣，它包含可以使用整數索引訪問的組件。 但是， Vector 的大小可以根據需要增長或縮小，以適應在創建 Vector 之后添加和刪除項目。

特點梳理：

• 底層由數組實現，添加、查找、刪除均采用基本數組操作，所以查找效率高，添加、刪除效率低

• 初始大小10，最大容量 Integer.MAX_VALUE - 8

• 滿時擴容，擴容大小為1.5倍，（int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1）

• 采用 Arrays.copyOf() 產生新數組

• 線程不安全

Vector 常用方法

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Stack

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。

Stack 常用方法

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Set

繼承自 Collection 接口，且方法相同，Set 沒有在 Collection 的基礎上進行功能的擴展，只是比Collection 接口更加嚴格了，Set 接口是無序的。

Set集合的實現類可說是基于Map集合去寫的。通過內部封裝Map集合來實現的比如HashSet內部封裝了HashMap。

Set相當于往袋子里放東西，無序取出（使用迭代器取出），如下圖：

特點梳理：

• 繼承自Collection

• Set集合中的元素無序，即插入無序

• 不可指定位置訪問，即沒有索引值

HashSet

HashSet是Set集合最常用實現類，是其經典實現。HashSet是按照hash算法來存儲元素的，因此具有很好的存取和查找性能。

HashSet使用HashMap的數據結構，僅使用HashMap中的key結構，value值一律為null。也就是說真實數據存儲在 HashMap 的 key 列，value 列全部為空。

HashSet 存儲原理：

當向 HashSet 集合存儲一個元素時，HashSet 會調用該對象的 hashCode() 方法得到其 hashCode 值，然后根據 hashCode 值決定該對象的存儲位置，

HashSet 集合判斷兩個元素相等的標準是：

兩個對象通過 equals() 方法比較返回 true

兩個對象的hashCode()方法返回值相等。

因此，如果（1）和（2）有一個不滿足條件，則認為這兩個對象不相等，可以添加成功。如果兩個對象的 hashCode() 方法返回值相等，但是兩個對象通過 equals() 方法比較返回 false，HashSet會以鏈式結構將兩個對象保存在同一位置，這將導致性能下降，因此在編碼時應避免出現這種情況。

HashSet 查找原理：

基于 HashSet 以上的存儲原理，在查找元素時，HashSet 先計算元素的 HashCode 值（也就是調用對象的 hashCode 方法的返回值），然后直接到 hashCode 值對應的位置去取出元素即可，這就是 HashSet 速度很快的原因。

重寫 hashCode() 方法的基本原則：

在程序運行過程中，同一個對象的hashCode()方法返回值應相同。

當兩個對象通過equals()方法比較返回true時，這兩個對象的hashCode()方法返回值應該相等。

對象中用作equals()方法比較標準的實例變量，都應該用于計算hashCode值。

特點梳理：

• 不能保證元素的順序

• HashSet不是線程同步的，如果多線程操作HashSet集合，則應通過代碼來保證其同步

• 集合元素值可以是null

HashSet 常用方法

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LinkedHashSet

LinkedHashSet 是 HashSet 的一個子類，具有 HashSet 的特性，也是根據元素的 hashCode 值來決定元素的存儲位置。但它使用鏈表維護元素的次序，元素的順序與添加順序一致。由于 LinkedHashSet 需要維護元素的插入順序，因此性能略低于 HashSet，但在迭代訪問 Set 里的全部元素時有很好的性能。

LinkedHashSet 是一個非線程安全的集合。如果有多個線程同時訪問當前 LinkedHashSet 集合容器，并且有一個線程對當前容器中的元素做了修改，那么必須要在外部實現同步保證數據的冥等性。

特點梳理：

• LinkedHashSet的底層使用LinkedHashMap存儲元素

• LinkedHashSet是有序的，它是按照插入的順序排序的

• LinkedHashSet 是一個非線程安全的集合

LinkedHashSet 常用方法

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TreeSet

TreeSet 是 SortedSet 接口的實現類，TreeSet可以保證元素處于排序狀態，它采用紅黑樹的數據結構來存儲集合元素。TreeSet 支持兩種排序方法：自然排序和定制排序，默認采用自然排序。

排序：

當向TreeSet中添加自定義對象時，有 2 種排序方法：

自然排序

要求自定義類實現 java.lang.Comparable 接口并重寫 compareTo(Object obj) 方法。在此方法中，指明按照自定義類的哪個屬性進行排序

定制排序

當元素不具備比較性時，此時只能為容器添加比較器來解決問題，即創建 TreeSet 時向其中加入Comparator

特點梳理：

• 有序

• 不可重復

• 紅黑樹

• 基于Treemap實現

• 自定義排序等特點

• 非線程安全

• TreeSet中存儲的類型必須是一致的，不能一下存 int，一下又存 String

TreeSet常用方法

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EnumSet

EnumSet 是一個專為枚舉類設計的集合抽象類，EnumSet 中的所有元素都必須是指定枚舉類型的枚舉值，該枚舉類型在創建EnumSet時顯式或隱式地指定。不允許添加 null 值。EnumSet 的集合元素也是有序的，它以枚舉值在 Enum 類內的定義順序來決定集合元素的順序。

特點梳理：

• EnumSet的集合元素也是有序的，EnumSet以枚舉值在Enum類內的定義順序來決定集合元素的順序

• EnumSet在內部以位向量的形式存儲，這種存儲形式非常緊湊、高效，因此 EnumSet 對象占用內存很小，而且運行效率很好。尤其是進行批量操作（如調用containsAll()和retainAll()方法）時，如果其參數也是EnumSet集合，則該批量操作的執行速度也非常快

• EnumSet 集合不允許加入 null 元素，如果試圖插入 null 元素，EnumSet 將拋出 NullPointerException 異常

• EnumSet 類沒有暴露任何構造器來創建該類的實例，程序應該通過它提供的類方法來創建 EnumSet 對象

• 如果只是想判斷 EnumSet 是否包含 null 元素或試圖刪除 null 元素都不會拋出異常，只是刪除操作將返回false，因為沒有任何 null 元素被刪除。

EnumSet 常用方法

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Map

Map 接口采用鍵值對 Map<K,V> 的存儲方式，保存具有映射關系的數據，因此，Map 集合里保存兩組值，一組值用于保存 Map 里的 key，另外一組值用于保存 Map 里的 value，key 和 value 可以是任意引用類型的數據。key 值不允許重復，可以為 null。如果添加 key-value 對時 Map 中已經有重復的 key，則新添加的 value 會覆蓋該 key 原來對應的 value。常用實現類有 HashMap、LinkedHashMap、TreeMap等。

Map 聲明的方法：

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HashMap

HashMap 基于 hashing 原理，通過 put() 和 get() 方法存儲和獲取對象。當我們將鍵值對傳遞給 put() 方法時，它調用鍵（key）對象的 hashCode() 方法來計算 hashCode 值，然后找到對應的 bucket 位置來儲存值（value）對象。當獲取對象時，通過鍵（key）對象的 equals() 方法找到正確的鍵值對，然后返回對象。HashMap使用鏈表來解決碰撞問題，當發生碰撞了，對象將會存儲在鏈表的下一個節點中。

原理圖 1：

注：JDK1.8中，HashMap采用數組+鏈表+紅黑樹實現，當鏈表長度超過閾值（8）時，將鏈表轉換為紅黑樹，這樣大大減少了查找時間。

原理圖 2：

原理圖 3：

如上“原理圖 3”，散列表中有散列數組，散列數組存放的元素是線性表（散列桶）。往散列表存放數據是鍵值對放進去，“Mac”和“Jerry”的HashCode一樣，所以計算出來的散列值一樣，假設該散列值計算得到的下標是2，就將“Mac”和“Jerry”存放在散列數組下標為2的這個散列桶里。而“Andy”的散列值計算得到的下標是8，那么“Andy”就保存在下標為8的散列桶里。由于所存放的數據只在下標為2和8的散列桶中，所以散列數組中其它位置則為空值。要找25這個元素，只要計算“Jerry”的散列值，最后計算得到下標2，然后在對應的散列桶中依次查找“Jerry”，就可以找到對應的25。

其實真正意義上的散列表如下圖所示，以上“原理圖”只是說明原理罷了，使用HashMap時將其想象成多行兩列的表格即可。

真正存取的有意義的元素是key值所對應的value值，key值只不過是value值所取的名字，為了方便以后的查找之用。

特點梳理：

• 底層采用哈希表+鏈表或紅黑樹實現。

• 哈希表初始容量 1<<4，最大容量 1<<30，默認負載因子0.75f。

• 閾值為負載因子*容量，到達閾值時擴容，擴容為兩倍，或者在最開始的時候，這是為了如果預計Hashmap會很大，可以把初始值調大。

• 當一個桶的節點數大小到達 8，開始從鏈表轉換為紅黑樹。當一個紅黑樹大小到達 6，退化為鏈表。

• 線程不安全

HashMap 常用方法

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Hashtable

HashMap 與 Hashtable 是 Map 接口的兩個典型實現，它們之間的關系完全類似于 ArrayList 與 Vertor。HashTable 是一個古老的 Map 實現類，它提供的方法比較繁瑣，目前基本不用了。

原理圖：

LinkedHashMap

對于 LinkedHashMap 而言，它繼承自 HashMap，底層使用哈希表與雙向鏈表來保存所有元素。其基本操作與父類HashMap相似。LinkedHashMap 使用雙向鏈表來維護 key-value 對的次序（其實只需要考慮 key 的次序即可），該鏈表負責維護 Map 的迭代順序，默認與插入順序一致（默認情況，遍歷時的順序是按照插入節點的順序），即在每次插入數據，或者訪問、修改數據時，會增加節點、或調整鏈表的節點順序，以決定迭代時輸出的順序。

可以在構造時傳入 accessOrder 參數，使得其遍歷順序按照訪問的順序輸出。

原理圖：

特點梳理：

• 繼承自HashMap

• 額外使用類似于LinkedList的雙向鏈表，維護插入順序

• 線程不安全，效率高

• 鍵和值都可以是 null

• 底層由雙向鏈表和哈希表組成

• 鍵元素：唯一（由哈希表結構保證）、有序（按照錄入順序，由鏈表結構保證）

LinkedHashMap 的常用方法

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TreeMap

TreeMap 是 SortedMap 的實現類，是一個紅黑樹的數據結構，每個 key-value 對作為紅黑樹的一個節點。TreeMap 存儲 key-value 對時，需要根據 key 對節點進行排序。

TreeMap 繼承自 AbstractMap，實現了 Map, Cloneable, NavigableMap, Serializable 接口：

TreeMap 繼承于 AbstractMap，而 AbstractMap 實現了 Map 接口，并實現了 Map 接口中定義的方法，減少了其子類繼承的復雜度

TreeMap 實現了 Map 接口，成為 Map 框架中的一員，可以包含著 key-value 形式的元素

TreeMap 實現了 NavigableMap 接口，意味著擁有了更強的元素搜索能力

TreeMap 實現了 Cloneable 接口，實現了 clone() 方法，可以被克隆

TreeMap 實現了 Java.io.Serializable 接口，支持序列化操作，可通過 Hessian 協議進行傳輸

特點梳理：

• 底層采用紅黑樹實現

• 保存的元素按照一定的規則有序

• 可以傳入比較器，即可自定義排序規則，不然就按照key排序

• 非線程安全

TreeMap 常用方法

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TreeMap 排序方式

• 自然排序：TreeMap 的所有 key 必須實現 Comparable 接口，而且所有的 key 應該是同一個類的對象，否則會拋出ClassCastException。

• 定制排序：創建TreeMap時，傳入一個Comparator對象，該對象負責對TreeMap中的所有key進行排序。

WeakHashMap

WeakHashMap 繼承于AbstractMap，實現了Map接口。和HashMap一樣，WeakHashMap 也是一個散列表，它存儲的內容也是鍵值對(key-value)映射，而且鍵和值都可以是null。不過WeakHashMap的鍵是“弱鍵”。在 WeakHashMap 中，當某個鍵不再正常使用時，會被從WeakHashMap中被自動移除。更精確地說，對于一個給定的鍵，其映射的存在并不阻止垃圾回收器對該鍵的丟棄，這就使該鍵成為可終止的，被終止，然后被回收。某個鍵被終止時，它對應的鍵值對也就從映射中有效地移除了。

這個“弱鍵”的原理呢？大致上就是，通過WeakReference和ReferenceQueue實現的。 WeakHashMap的key是“弱鍵”，即是WeakReference類型的；ReferenceQueue是一個隊列，它會保存被GC回收的“弱鍵”。實現步驟是：

新建WeakHashMap，將“鍵值對”添加到WeakHashMap中。
實際上，WeakHashMap是通過數組table保存Entry(鍵值對)；每一個Entry實際上是一個單向鏈表，即Entry是鍵值對鏈表。

當某“弱鍵”不再被其它對象引用，并被GC回收時。在GC回收該“弱鍵”時，這個“弱鍵”也同時會被添加到ReferenceQueue(queue)隊列中。

當下一次我們需要操作WeakHashMap時，會先同步table和queue。table中保存了全部的鍵值對，而queue中保存被GC回收的鍵值對；同步它們，就是刪除table中被GC回收的鍵值對。
這就是“弱鍵”如何被自動從WeakHashMap中刪除的步驟了。

WeakHashMap 常用方法

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IdentityHashMap

IdentityHashMap 比較 key 時是“引用相等”，即對于 k1 和 k2，當k1 == k2 時，IdentityHashMap 認為兩個key相等。

IdentityHashMap 允許使用 null 作為 key 和 value.，不保證任何 Key-value 對之間的順序, 更不能保證他們的順序隨時間的推移不會發生變化。

IdentityHashMap 有其特殊用途，比如序列化、深度復制、記錄對象代理等。

IdentityHashMap 常用方法

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EnumMap

Map 接口的實現，其 key-value 映射中的 key 是 Enum 類型。其原理就是一個對象數組，數組的下標索引就是根據 Map 中的 key 直接獲取，即枚舉中的 ordinal 值。效率比 HashMap 高，可以直接獲取數組下標索引并訪問到元素。

EnumMap 常用方法

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Properties

Properties 類是 Hashtable 類的子類，它相當于一個 key、value 都是 String 類型的 Map ，主要用于讀取配置文件。

Properties 常用方法

點擊查看方法摘要

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的Java集合类梳理的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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