Java基础加强之集合

集合整体框架图

各集合框架的概述

1.　Collection（常用List和Set，不常用Queue和Vector），单元素集合。

2.　Map（常用HashMap和TreeMap，不常用HashTable），key-value映射关系。

3.　Iterator（迭代器）

4.　Comparable和Comparator比较器

5.　Collections和Arrays工具类

Java中结合和数组的比较

1.　数组的长度在初始化时指定，只能保存定长的数据。

　而集合可以保存不确定长度的数据。同时可以保存具有映射关系的数据（即关联数组，键值对key-value）。

2.　数据元素既可以是基本类型的值，也可以是对象，集合只能保存对象（实际上是只保存对象的引用变量），基本数据类型的变量要转换成对应的包装类才能放入集合中。

常用集合特性概述

List系

List的特点：元素有放入顺序，元素可以重复。

List接口的三个实现类：ArrayList、LinkedList和Vector。

ArrayList、LinkedList和Vector的区别

LinkedList：底层是基于链表实现，链表内存是散乱的，每一个元素存储本身内存地址的同时也存储下一个元素的内存地址。链表增删快，查找慢。

ArrayList和Vector：两者底层都是基于数组实现的，查询快，增删慢。两者之间的区别是ArrayList是线程非安全的，效率高；而Vector是线程安全的，效率低。

ArrayList的初始化大小是10，扩容策略是1.5倍原元素数量的大小。

选择标准

如果涉及到“动态数组”、“栈”、“队列”、“链表”等结构，应该考虑用List，具体选择哪个List实现类，根据下面的标准来取舍：

1.　对于需要快速插入、删除元素，应该使用LinkedList。

2.　对于需要快速随机访问元素，应该使用ArrayList。

3.　对于“单线程环境”或者“多线程环境，但List仅仅只会被单个线程操作”，此时应该使用非同步的类（如ArrayList）。对于“多线程环境，且List可能同时被多个线程操作”，此时，应该使用同步的类（如Vector）。

Set系

Set的特点：元素放入无顺序，元素不可重复。

Set接口的三个实现类：LinkedSet、HashSet和LinkedHashSet。

HashSet（底层是通过HashMap实现）底层通过HashCode和equals去重。

HashSet中判断集合元素相等

两个对象比较具体分为如下四个情况：
1.如果有两个元素通过equal()方法比较返回false，且它们的hashCode()方法返回不相等，HashSet将会把它们存储在不同的位置。

2.如果有两个元素通过equal()方法比较返回true，但它们的hashCode()方法返回不相等，HashSet将会把它们存储在不同的位置。

3.如果两个对象通过equals()方法比较不相等，但hashCode()方法比较相等，HashSet将会把它们存储在相同的位置，在这个位置以链表式结构来保存多个对象。这是因为当向HashSet集合中存入一个元素时，HashSet会调用对象的hashCode()方法来得到对象的hashCode值，然后根据该hashCode值来决定该对象存储在HashSet中存储位置。

4.如果有两个元素通过equal()方法比较返回true，且它们的hashCode()方法返回true，HashSet将不予添加。

HashSet判断两个元素相等的标准：两个对象通过equals()方法比较相等，并且两个对象的hashCode()方法返回值也相等。

注意：HashSet是根据元素的hashCode值来快速定位的，如果HashSet中两个以上的元素具有相同的hashCode值，将会导致性能下降。所以如果重写类的equals()方法和hashCode()方法时，应尽量保证两个对象通过hashCode()方法返回值相等时，通过equals()方法比较返回true。

LinkedHashSet类

LinkedHashSet是HashSet对的子类，也是根据元素的hashCode值来决定元素的存储位置，同时使用链表维护元素的次序，使得元素是以插入的顺序来保存的。当遍历LinkedHashSet集合里的元素时，LinkedHashSet将会按元素的添加顺序来访问集合里的元素。但是由于要维护元素的插入顺序，在性能上略低与HashSet，但在迭代访问Set里的全部元素时有很好的性能。
注意：LinkedHashSet依然不允许元素重复，判断重复标准与HashSet一致。

补充：HashSet的实质是一个HashMap。HashSet的所有集合元素，构成了HashMap的key，其value为一个静态Object对象。因此HashSet的所有性质，HashMap的key所构成的集合都具备。可以参考后续文章中HashMap的相关内容进行比对。

TreeSet类

TreeSet是SortedSet接口的实现类，正如SortedSet名字所暗示的，TreeSet可以确保集合元素处于排序状态。此外，TreeSet还提供了几个额外的方法。

 comparator():返回对此 set 中的元素进行排序的比较器；如果此 set 使用其元素的自然顺序，则返回null。

 first():返回此 set 中当前第一个（最低）元素。

 last(): 返回此 set 中当前最后一个（最高）元素。

 lower(E e):返回此 set 中严格小于给定元素的最大元素；如果不存在这样的元素，则返回 null。

 higher(E e):返回此 set 中严格大于给定元素的最小元素；如果不存在这样的元素，则返回 null。

 subSet(E fromElement, E toElement):返回此 set 的部分视图，其元素从 fromElement（包括）到 toElement（不包括）。

 headSet(E toElement):返回此 set 的部分视图，其元素小于toElement。

 tailSet(E fromElement):返回此 set 的部分视图，其元素大于等于 fromElement。

Map系

Map的特点：存储的元素是键值对，在JDK1.8版本中是Node，在老版本中是Entry。

Map接口有四个实现类：HashMap、HashTable、LinkedHashMap和ConcurrentHashMap。

HashMap类

HashMap是非线程安全，高效，支持null的key和value，底层实现是数组和链表，通过HashCode方法和equals方法保证键的唯一性。

如果需要使用线程安全的Map可以有两种方式：

1.　采用HashTable

2.　采用Collections.synchronizedMap(hashMap)方式进行同步。

解决冲突主要有三种方法：定址法、拉链发和再散列发。

HashMap是采用拉链法解决哈希冲突的，拉链法是将相同hash值的对象组成一个链表放在hash值对应的槽位。

HashMap的初始化大小是16，扩展因子是0.75，扩容策略是2倍原容量的大小。

put的大致流程

1.　通过hashCode方法计算出key的hash值

2.　通过hash%length计算出存储在table中的index（源码中是使用hash&(length-1)，这样结果相同，但是更快）。

3.　如果此时table[index]的值为空，那么就直接存储，如果不为空那么就链接到这个数所在的链表的头部。（在JDK1.8中，如果链表长度大于8就转化成红黑树）

get的大致流程

1.　通过通过hashCode方法计算出key的hash值

2.　通过hash%length计算出存储在table中的index（源码中是使用hash&(length-1)，这样结果相同，但是更快）。

3.　遍历table[index]所在的链表，只有当key与该节点中的key的值相同时才取出。

ConcurrentHashMap类

是从JDK1.5之后提供的一个HashTable的替代实现，采用分段锁机制，一个map中的元素分成很多的segment，通过lock机制可以对每个segment加读写锁，从而提高map的效率，底层实现采用数组+链表+红黑树的存储结构。

HashTable类

线程安全，低效，不支持null的key和value。

SortedMap类

有一个实现类：TreeMap会存储放入元素的顺序。