史上最全Java集合中List,Set以及Map等集合体系详解

一、概述

• List , Set, Map都是接口，前两个继承至collection接口，Map为独立接口
• Set下有HashSet，LinkedHashSet，TreeSet
• List下有ArrayList，Vector，LinkedList
• Map下有Hashtable，LinkedHashMap，HashMap，TreeMap
• collection接口下还有个Queue接口，有PriorityQueue类

二、collection接口

　　

注意:

• • Queue接口与List、Set同一级别，都是继承了collection接口。

看图你会发现,LinkedList既可以实现Queue接口,也可以实现List接口.只不过呢, LinkedList实现了Queue接口。Queue接口窄化了对LinkedList的方法的访问权限（即在方法中的参数类型如果是Queue时，就完全只能访问Queue接口所定义的方法 了，而不能直接访问 LinkedList的非Queue的方法），以使得只有恰当的方法才可以使用。

• • SortedSet是个接口，它里面的（只有TreeSet这一个实现可用）中的元素一定是有序的。

总结:
connection接口(注意首字母小写):

• • List 有序,可重复
    • ArrayList

优点: 底层数据结构是数组，查询快，增删慢。
缺点: 线程不安全，效率高

• • • Vector

优点: 底层数据结构是数组，查询快，增删慢。
缺点: 线程安全，效率低

• • • LinkedList

优点: 底层数据结构是链表，查询慢，增删快。
缺点: 线程不安全，效率高

• • Set 无序,唯一
    • HashSet

底层数据结构是哈希表。(无序,唯一)
如何来保证元素唯一性?
1.依赖两个方法：hashCode()和equals()

• • • LinkedHashSet

底层数据结构是链表和哈希表。(FIFO插入有序,唯一)
1.由链表保证元素有序
2.由哈希表保证元素唯一

• • • TreeSet

底层数据结构是红黑树。(唯一，有序)
1. 如何保证元素排序的呢?
   自然排序
   比较器排序
2.如何保证元素唯一性的呢?
   根据比较的返回值是否是0来决定

使用：针对collection集合我们到底使用谁呢?(掌握)

三、Map接口

Map接口有三个比较重要的实现类，分别是HashMap、TreeMap和HashTable。

• • TreeMap是有序的，HashMap和HashTable是无序的。
  • Hashtable的方法是同步的，HashMap的方法不是同步的。这是两者最主要的区别。

这就意味着:

• • Hashtable是线程安全的，HashMap不是线程安全的。
  • HashMap效率较高，Hashtable效率较低。

如果对同步性或与遗留代码的兼容性没有任何要求，建议使用HashMap。 查看Hashtable的源代码就可以发现，除构造函数外，Hashtable的所有 public 方法声明中都有 synchronized关键字，而HashMap的源码中则没有。

• • Hashtable不允许null值，HashMap允许null值（key和value都允许）
  • 父类不同：Hashtable的父类是Dictionary，HashMap的父类是AbstractMap

四、重点问题重点分析

(一).TreeSet, LinkedHashSet and HashSet 的区别

1. 介绍

• • • TreeSet, LinkedHashSet and HashSet 在java中都是实现Set的数据结构
    • TreeSet的主要功能用于排序
    • LinkedHashSet的主要功能用于保证FIFO即有序的集合(先进先出)
    • HashSet只是通用的存储数据的集合

2. 相同点

• • • Duplicates elements: 因为三者都实现Set interface，所以三者都不包含duplicate elements
    • Thread safety: 三者都不是线程安全的，如果要使用线程安全可以collections.synchronizedSet()

3. 不同点

• • • Performance and Speed: HashSet插入数据最快，其次LinkHashSet，最慢的是TreeSet因为内部实现排序
    • Ordering: HashSet不保证有序，LinkHashSet保证FIFO即按插入顺序排序，TreeSet安装内部实现排序，也可以自定义排序规则
    • null:HashSet和LinkHashSet允许存在null数据，但是TreeSet中插入null数据时会报NullPointerException

4. 代码比较　　

public static void main(String args[]) {
　　HashSet<String> hashSet = new HashSet<>();
　　LinkedHashSet<String> linkedHashSet = new LinkedHashSet<>();
　　TreeSet<String> treeSet = new TreeSet<>();

　　for (String data : Arrays.asList("B", "E", "D", "C", "A")) {
　　　　hashSet.add(data);
　　　　linkedHashSet.add(data);
　　　　treeSet.add(data);
　　}

　　//不保证有序
　　System.out.println("Ordering in HashSet :" + hashSet);

　　//FIFO保证安装插入顺序排序
　　System.out.println("Order of element in LinkedHashSet :" + linkedHashSet);

　　//内部实现排序
　　System.out.println("Order of objects in TreeSet :" + treeSet);
}

运行结果:
Ordering in HashSet :[A, B, C, D, E] (无顺序)
Order of element in LinkedHashSet :[B, E, D, C, A] (FIFO插入有序)
Order of objects in TreeSet :[A, B, C, D, E] (排序)

(二).TreeSet的两种排序方式比较

1.排序的引入(以基本数据类型的排序为例)

　　　　由于TreeSet可以实现对元素按照某种规则进行排序，例如下面的例子　　　　

public class MyClass {
　　public static void main(String[] args) {
　　　　// 创建集合对象
　　　　// 自然顺序进行排序
　　　　TreeSet<Integer> ts = new TreeSet<Integer>();

　　　　// 创建元素并添加
　　　　// 20,18,23,22,17,24,19,18,24
　　　　ts.add(20);
　　　　ts.add(18);
　　　　ts.add(23);
　　　　ts.add(22);
　　　　ts.add(17);
　　　　ts.add(24);
　　　　ts.add(19);
　　　　ts.add(18);
　　　　ts.add(24);

　　　　// 遍历
　　　　for (Integer i : ts) {
　　　　　　System.out.println(i);
　　　　}
　　}
}

运行结果:
17
18
19
20
22
23
24

　　　　

2.如果是引用数据类型呢,比如自定义对象,又该如何排序呢?

public class MyClass {
　　public static void main(String[] args) {
　　　　TreeSet<Student> ts=new TreeSet<Student>();
　　　　//创建元素对象
　　　　Student s1=new Student("zhangsan",20);
　　　　Student s2=new Student("lis",22);
　　　　Student s3=new Student("wangwu",24);
　　　　Student s4=new Student("chenliu",26);
　　　　Student s5=new Student("zhangsan",22);
　　　　Student s6=new Student("qianqi",24);

　　　　//将元素对象添加到集合对象中
　　　　ts.add(s1);
　　　　ts.add(s2);
　　　　ts.add(s3);
　　　　ts.add(s4);
　　　　ts.add(s5);
　　　　ts.add(s6);

　　　　//遍历
　　　　for(Student s:ts){
　　　　　　System.out.println(s.getName()+"-----------"+s.getAge());
　　　　}
　　}
}

public class Student {
　　private String name;
　　private int age;

　　public Student() {
　　　　super();
　　}

　　public Student(String name, int age) {
　　　　super();
　　　　this.name = name;
　　　　this.age = age;
　　}

　　public String getName() {
　　　　return name;
　　}

　　public void setName(String name) {
　　　　this.name = name;
　　}

　　public int getAge() {
　　　　return age;
　　}

　　public void setAge(int age) {
　　　　this.age = age;
　　}
}

// 运行结果-报错
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException:com.example.javademo.Student cannot be caset to java.lang.Comparable.

//原因分析：
由于不知道该安照那一中排序方式排序，所以会报错。
解决方法：
1.自然排序
2.比较器排序

2.1.自然排序
自然排序要进行一下操作：
1）.Student类中实现 Comparable接口
2）.重写Comparable接口中的Compareto方法（比较此对象与指定对象的顺序）。

public class Student implements Comparable<Student>{
　　private String name;
　　private int age;

　　public Student() {
　　　　super();
　　}

　　public Student(String name, int age) {
　　　　super();
　　　　this.name = name;
　　　　this.age = age;
　　}

　　public String getName() {
　　　　return name;
　　}

　　public void setName(String name) {
　　　　this.name = name;
　　}

　　public int getAge() {
　　　　return age;
　　}

　　public void setAge(int age) {
　　　　this.age = age;
　　}

　　@Override
　　public int compareTo(Student s) {
　　　　//return -1; //-1表示放在红黑树的左边,即逆序输出
　　　　//return 1; //1表示放在红黑树的右边，即顺序输出
　　　　//return o; //表示元素相同，仅存放第一个元素
　　　　//主要条件 姓名的长度,如果姓名长度小的就放在左子树，否则放在右子树
　　　　int num=this.name.length()-s.name.length();
　　　　//姓名的长度相同，不代表内容相同,如果按字典顺序此 String 对象位于参数字符串之前，则比较结果为一个负整数。
　　　　//如果按字典顺序此 String 对象位于参数字符串之后，则比较结果为一个正整数。
　　　　//如果这两个字符串相等，则结果为 0
　　　　int num1=num==0?this.name.compareTo(s.name):num;
　　　　//姓名的长度和内容相同，不代表年龄相同，所以还要判断年龄
　　　　int num2=num1==0?this.age-s.age:num1;
　　　　return num2;
　　}
}

运行结果:
lis-----------22
qianqi-----------24
wangwu-----------24
chenliu-----------26
zhangsan-----------20
zhangsan-----------22

2.2.比较器排序
1）.单独创建一个比较类，这里以MyComparator为例，并且要让其继承Comparator接口
2）.重写Comparator接口中的Compare方法

　　compare(T o1,T o2) 比较用来排序的两个参数。
3）.在主类中使用下面的 构造方法

　　TreeSet(Comparator<? superE> comparator)
　　构造一个新的空 TreeSet，它根据指定比较器进行排序。

public class MyClass {
　　public static void main(String[] args) {
　　　　//创建集合对象
　　　　//TreeSet(Comparator<? super E> comparator) 构造一个新的空 TreeSet，它根据指定比较器进行排序。
　　　　TreeSet<Student> ts=new TreeSet<Student>(new MyComparator());

　　　　//创建元素对象
　　　　Student s1=new Student("zhangsan",20);
　　　　Student s2=new Student("lis",22);
　　　　Student s3=new Student("wangwu",24);
　　　　Student s4=new Student("chenliu",26);
　　　　Student s5=new Student("zhangsan",22);
　　　　Student s6=new Student("qianqi",24);

　　　　//将元素对象添加到集合对象中
　　　　ts.add(s1);
　　　　ts.add(s2);
　　　　ts.add(s3);
　　　　ts.add(s4);
　　　　ts.add(s5);
　　　　ts.add(s6);

　　　　//遍历
　　　　for(Student s:ts){
　　　　　　System.out.println(s.getName()+"-----------"+s.getAge());
　　　　}
　　}
}

public class Student {
　　private String name;
　　private int age;

　　public Student() {
　　　　super();
　　}

　　public Student(String name, int age) {
　　　　super();
　　　　this.name = name;
　　　　this.age = age;
　　}

　　public String getName() {
　　　　return name;
　　}

　　public void setName(String name) {
　　　　this.name = name;
　　}

　　public int getAge() {
　　　　return age;
　　}

　　public void setAge(int age) {
　　　　this.age = age;
　　}
}

public class MyComparator implements Comparator<Student> {
　　@Override
　　public int compare(Student s1,Student s2) {
　　　　// 姓名长度
　　　　int num = s1.getName().length() - s2.getName().length();
　　　　// 姓名内容
　　　　int num2 = num == 0 ? s1.getName().compareTo(s2.getName()) : num;
　　　　// 年龄
　　　　int num3 = num2 == 0 ? s1.getAge() - s2.getAge() : num2;
　　　　return num3;
　　}
}

运行结果:
lis-----------22
qianqi-----------24
wangwu-----------24
chenliu-----------26
zhangsan-----------20
zhangsan-----------22

(三). 性能测试

//对象类:
class Dog implements Comparable<Dog> {
　　int size;
　　public Dog(int s) {
　　　　size = s;
　　}
　　public String toString() {
　　　　return size + "";
　　}
　　@Override
　　public int compareTo(Dog o) {
　　　　//数值大小比较
　　　　return size - o.size;
　　}
}

//主类:
public class MyClass {
　　public static void main(String[] args) {
　　　　Random r = new Random();
　　　　HashSet<Dog> hashSet = new HashSet<Dog>();
　　　　TreeSet<Dog> treeSet = new TreeSet<Dog>();
　　　　LinkedHashSet<Dog> linkedSet = new LinkedHashSet<Dog>();

　　　　// start time
　　　　long startTime = System.nanoTime();
　　　　for (int i = 0; i < 1000; i++) {
　　　　　　int x = r.nextInt(1000 - 10) + 10;
　　　　　　hashSet.add(new Dog(x));
　　　　}

　　　　// end time
　　　　long endTime = System.nanoTime();
　　　　long duration = endTime - startTime;
　　　　System.out.println("HashSet: " + duration);

　　　　// start time
　　　　startTime = System.nanoTime();
　　　　for (int i = 0; i < 1000; i++) {
　　　　　　int x = r.nextInt(1000 - 10) + 10;
　　　　　　treeSet.add(new Dog(x));
　　　　}
　　　　// end time
　　　　endTime = System.nanoTime();
　　　　duration = endTime - startTime;
　　　　System.out.println("TreeSet: " + duration);

　　　　// start time
　　　　startTime = System.nanoTime();
　　　　for (int i = 0; i < 1000; i++) {
　　　　　　int x = r.nextInt(1000 - 10) + 10;
　　　　　　linkedSet.add(new Dog(x));
　　　　}

　　　　// end time
　　　　endTime = System.nanoTime();
　　　　duration = endTime - startTime;
　　　　System.out.println("LinkedHashSet: " + duration);
　　}
}

运行结果:
HashSet: 1544313
TreeSet: 2066049
LinkedHashSet: 629826
虽然测试不够准确,但能反映得出，TreeSet要慢得多,因为它是有序的。

转载自：https://blog.csdn.net/zhangqunshuai/article/details/80660974，对原文不合理的地方我做了适当的修改，另外，转载的目的在于知识的自我化，同时为了备份。