Java集合类根接口：Collection 和 Map

前言

在前文中我们了解了几种常见的数据结构，这些数据结构有着各自的应用场景，并且被广泛的应用于编程语言中，其中，Java中的集合类就是基于这些数据结构为基础。

Java的集合类是一些非常实用的工具类，主要用于存储和装载数据 (包括对象)，因此，Java的集合类也被成为容器。在Java中，所有的集合类都位于java.util包下，这些集合类主要是基于两个根接口派生而来，它们就是 Collection和 Map。

Collection接口

Collection派生出三个子接口，Set代表不可重复的无序集合、List代表可重复的有序集合、Queue是java提供的队列实现，通过它们不断的扩展出很多的集合类，例如HashMap、ArrayList、LinkedList、Deque等，其分布图如下：

作为最基本的两个根接口之一，Collection提供了很多的基础方法，供它的子类调用。下面是Collection接口的源码：

public interface Collection<E> extends Iterable<E> {
    int size();

    boolean isEmpty();

    boolean contains(Object var1);

    Iterator<E> iterator();

    Object[] toArray();

    <T> T[] toArray(T[] var1);

    boolean add(E var1);

    boolean remove(Object var1);

    boolean containsAll(Collection<?> var1);

    boolean addAll(Collection<? extends E> var1);

    boolean removeAll(Collection<?> var1);

    default boolean removeIf(Predicate<? super E> var1) {
        Objects.requireNonNull(var1);
        boolean var2 = false;
        Iterator var3 = this.iterator();

        while(var3.hasNext()) {
            if (var1.test(var3.next())) {
                var3.remove();
                var2 = true;
            }
        }

        return var2;
    }

    boolean retainAll(Collection<?> var1);

    void clear();

    boolean equals(Object var1);

    int hashCode();

    default Spliterator<E> spliterator() {
        return Spliterators.spliterator(this, 0);
    }

    default Stream<E> stream() {
        return StreamSupport.stream(this.spliterator(), false);
    }

    default Stream<E> parallelStream() {
        return StreamSupport.stream(this.spliterator(), true);
    }
}

从源码可以看出，里面有很多方法是针对集合的基础操作，例如添加，删除，查询。例如：

• int size() 获取元素个数

• boolean isEmpty() 是否个数为 0

• boolean contains(Object element) 是否包含指定元素

• boolean add(E element) 添加元素，成功时返回 true

• boolean remove(Object element) 删除元素，成功时返回 true

• Iterator<E> iterator() 获取迭代器

还有一些操作整个集合的方法：

boolean containsAll(Collection<?> c)

是否包含指定集合 c 的全部元素

boolean addAll(Collection<? extends E> c)

添加集合 c 中所有的元素到本集合中，如果集合有改变就返回 true

boolean removeAll(Collection<?> c)

删除本集合中和 c 集合中一致的元素，如果集合有改变就返回 true

boolean retainAll(Collection<?> c)

保留本集合中 c 集合中两者共有的，如果集合有改变就返回 true

void clear()

删除所有元素

值得说明的是，在jdk1.8之后，Collection 接口还提供了从集合获取连续的或者并行流的方法：

Stream<E> stream() 在这个集合上返回一个顺序流 ，单线程

Stream<E> parallelStream() 在这个集合上返回一个并行的代码流 ，多线程

Stream相当于高级版本的iterator，可以对集合做比较，分类，甚至是过滤等操作，一般是结合lambda表达式来使用，这样会使代码变得更加简洁 (有人说会更难理解，这个仁者见仁) ，下面举几个简单的例子：

1、使用顺序流来过滤掉集合中为 “aaa” 的元素并做输出：

List<String> list = Arrays.asList("aaa", "bbb", "ccc");
list.stream().filter(e -> !e.contains("aaa"))
      .forEach(e -> System.out.println(e));

2、使用并行流来操作集合：

List<String> list = Arrays.asList("aaa", "bbb", "ccc");
list.parallelStream().filter(e -> !e.contains("aaa"))
      .forEach(e -> System.out.println(e));

当使用顺序流去遍历时，每个item读完后再读下一个item。

而使用并行流去遍历时，集合会被分成多个段，其中每一个都在不同的线程中处理，然后将结果一起输出，所以理论上，并行流的效率至少是顺序流的两倍以上。

Map接口

Map接口是和Collection同等级的根接口，它表示一个键值对（key-value）的映射，每一个key对应一个value，查找Map中的数据，总是根据key来获取，所以key是不可重复的，它用于标识集合里的每项数据。跟Collection一样，Map接口派生了很多的集合子类，这是Map的体系架构图：

Map接口提供了很多集合的初识方法，其底层结构是封装一个名为entry的接口，源码如下：

public interface Entry<K, V> {
    K getKey();

    V getValue();

    V setValue(V var1);

    boolean equals(Object var1);

    int hashCode();

    static <K extends Comparable<? super K>, V> Comparator<Map.Entry<K, V>> comparingByKey() {
        return (Comparator)((Serializable)((var0x, var1x) -> {
            return ((Comparable)var0x.getKey()).compareTo(var1x.getKey());
        }));
    }

    static <K, V extends Comparable<? super V>> Comparator<Map.Entry<K, V>> comparingByValue() {
        return (Comparator)((Serializable)((var0x, var1x) -> {
            return ((Comparable)var0x.getValue()).compareTo(var1x.getValue());
        }));
    }

    static <K, V> Comparator<Map.Entry<K, V>> comparingByKey(Comparator<? super K> var0) {
        Objects.requireNonNull(var0);
        return (Comparator)((Serializable)((var1x, var2x) -> {
            return var0.compare(var1x.getKey(), var2x.getKey());
        }));
    }

    static <K, V> Comparator<Map.Entry<K, V>> comparingByValue(Comparator<? super V> var0) {
        Objects.requireNonNull(var0);
        return (Comparator)((Serializable)((var1x, var2x) -> {
            return var0.compare(var1x.getValue(), var2x.getValue());
        }));
    }
}

从源码中可以看出，entry中封装了一系列设值和比较器，这也是Map实现类的元素操作的基础接口，一个entry就相当于一个封装了键值对的元素，是Map接口里的架构核心。

除此之外，Map中还提供了两个集合来操作自身，这就是 KeySet 和 Values。

Set<K> keySet();
Collection<V> values();

KeySet 是一个 Map 中 key 的集合，以 Set 的形式保存，不允许重复，因此键存储的对象需要重写 equals() 和 hashCode() 方法。

Values 是一个 Map 中 value 的集合，以 Collection 的形式保存，可以重复。

通过这三种视图，Map可以对自身结构以及内部元素做操作，在集合中非常常用，建议读者们可以多看看源码，作深入的了解。