浅谈Java的集合体系

集合体系框架图

集合接口

Java集合类库将接口(interface)与实现(implementation)分离，如上图，Set是一个集合接口，而HashSet与TreeSet都是实现了Set接口的子类。

从上图中也可以看出，集合的基本接口是Collection。Collection<E>接口里有个iterator()方法（来自Iterable接口），该方法返回了一个实现了Iterator接口的对象，可以使用这个迭代器对象依次访问集合中的元素。

既然要迭代访问集合中的元素，那么就必须要考虑到如何获取下一个元素，如何判断已经遍历到结尾，如何移除一个元素等，所以Iterator接口就定义了这三个方法分别对应上述三个问题：next()、hasNext()、remove()等。

使用Iterator遍历的简单方式是for…each。而由集合框架体系图可以知道，Collection扩展了Iterable接口，并且所有集合都实现自Collection接口，所以我们可以知道：标准类库的任何集合都可以使用for…each循环。

使用for each的简单举例如下：

List<String> strs = new ArrayList<String>()

//此处省略，add some params;

for(String str: strs){

//do sth;

}

具体的集合

 

链表

如果从一个数组的中间位置删除一个元素，之后的所有元素都要向前移动一个位置。插入一个元素也是如此（之后的元素统一要向后移动），代价是比较大的。

而链表则不同。链表将每个对象存放在独立的节点中，每个节点还存放着下一个节点的引用，并且链表都是双向链接的（存放着上、下节点的引用）。所以，从链表中删除一个元素，只需要更新所删除元素附近的节点即可。可以想象一下，几个小朋友手拉手，站在中间的小明同学离开了，那么只要小明左边和右边的小朋友重新拉手就好了。

链表是一个有序集合，每个对象的位置比较重要。由于迭代器是描述集合位置的，所以，依赖位置的元素的添加由迭代器来负责。

使用迭代器添加元素只针对有序集合有意义，像Set这种无序集合就没有位置可言，但这些无序集合也都是Iterator的派生类，那么如果Iterator接口定义了add方法，就导致像Set这种集合也必须强制实现Iterator里的这个add方法，因此，Iterator接口里就没有定义add方法，而把add方法定义在一个子接口ListIterator中。所以你再看一下开始的框架体系图，分出来一个ListIterator接口之后，仅仅让有顺序需求的集合去实现它。

链表也有软肋，例如不支持快速随机访问。如果要查看链表中第n个元素，就必须从头开始，越过n-1个元素。使用链表的唯一理由是：尽可能减少在列表中间插入或删除元素所付出的代价。如果列表中只有少数几个元素，用ArrayList就OK了。如果需要对集合进行随机访问，就使用数组或者ArrayList，不要使用链表。

数组列表

有两种访问元素的协议，一种是上文提到的使用迭代器，还有一种是使用get和set来随机访问。数组对于后者很管用。

ArrayList封装了一个动态再分配的对象数组。Vector也是个数组。二者的区别是，Vector的所有方法都是同步的，如果只有一个线程访问Vector，代码要在同步操作上浪费大量时间。而ArrayList不是同步的，因此，在不需要同步时使用ArrayList。

散列集

散列表可以快速查找对象。散列表为每个对象计算一个散列码（hash code，由对象中的实例域产生的一个整数）。不同数据域的对象产生不同的散列码。所以，如果自己定义类，就要负责实现这个类的hashCode方法。但是要注意，自己实现的hashCode方法应该与equals兼容（a.equals(b)，则a与b的散列码必须相同）。

在Java中，散列表用链表数组实现，每个链表称为桶（bucket）。（如上图有16个桶）。在查找表中对象的位置时，先计算对象的散列码，然后与桶的总数取余。(散列码 % 桶的总数)。如果计算出的对象所在的桶已经满了，没法放置该对象，这就造成散列冲突(hashcollision)。这时，用新对象与桶中所有对象比较，看该对象是否已存在。如果某个桶快要满了，就要进行再散列，创建一个更大的桶，并将所有元素插入到这个新桶中，丢弃原来的桶。

HashSet实现了基于散列表的集，不关心元素的顺序时，使用HashSet。

树集

TreeSet是个有序集合，以任意顺序将元素插入到集合中，对集合遍历时，每个值将自动按照排序后的顺序呈现。排序是用树结构完成的（如红黑树）。在需要排序时使用TreeSet，不需要排序时使用HashSet。

那么TreeSet是如何排列元素的呢？

TreeSet假定插入的元素都实现了Comparable接口。如果插入自定义对象，就必须通过实现Comparable接口定义排序规则，然后它就会去找这个覆盖的方法查看规则。

但是这样有个灾难性的问题：如果某个对象在某个集合中按A方式排序，在另一个集合中按B方式排序，那就没辙了，能覆盖的方法只有一个，规则只能定一次。

所以，game over？不。TreeSet基于上面的问题，便有了另一种排序方式：使用Comparator接口。该接口声明了一个compare方法。如果按照A方式排序，那么就定义一个实现了Comparator接口的类，将这个类的对象塞到TreeSet的构造器中。可能需要一个例子说明一下：

public static void main(String args[]){

SortedSet<Item> parts = new TreeSet<Item>();

parts.add(new Item("张三","100"));

parts.add(new Item("李四","130"));

parts.add(new Item("王二麻子","120"));

SortedSet<Item> sortByWeight = new TreeSet<Item>(new Comparator<Item>(){

public int compare(Item a,Item b){

String weight1 = a.getWeight();

String weight2 =b.getWeight();

return weight1.compareTo(weight2);

};

});

sortByWeight.addAll(parts);

System.out.println(sortByWeight.toString());

}

队列和双端队列

队列可以让人们有效的在尾部添加一个元素，在头部删除一个元素。双端队列可以在头部、尾部同时添加或者删除元素。

Deque接口由ArrayDeque和LinkedList类实现。这两个类都提供了双端队列，且必要时可以增加队列长度。

映射表

HashMap和TreeMap是映射表的两个通用的实现。HashMap对键进行散列，TreeMap用键的整体排序对元素进行排序，并将其组织成搜索树。