浅谈Java的集合框架

浅谈Java的集合框架

一、    初识集合

重所周知，Java有四大集合框架群，Set、List、Queue和Map。四种集合的关注点不同，Set 关注事物的唯一性，List 关注事物的索引列表，Queue 关注事物被处理时的顺序，Map 关注事物的映射和键值的唯一性。其中前三类直接继承于Collection接口,Map单独为接口，他们的继承实现关系如下图所示。

二、    Collection接口

Collection接口是 Set 、List 和 Queue 接口的父接口，提供了多数集合常用的方法声明，包括 add()、remove()、contains()、size()、terator() 等，用法如下表所示

方法	含义
add(E e)	将指定对象添加到集合中
remove(Object o)	将指定的对象从集合中移除，移除成功返回true,不成功返回false
contains(Object o)	查看该集合中是否包含指定的对象，包含返回true,不包含返回flase
size()	返回集合中存放的对象的个数。返回值为int
clear()	移除该集合中的所有对象，清空该集合。
iterator()	返回一个包含所有对象的iterator对象，用来循环遍历
toArray()	返回一个包含所有对象的数组,类型是Object
toArray(T[] t)	返回一个包含所有对象的指定类型的数组

三、Set

Set关心唯一性，它不允许重复。

在Set的集合群中，Set接口继承Collection接口，然后抽象类AbstractSet实现Set接口。

   HashSet 类

当不希望集合中有重复值，并且不关心元素之间的顺序时可以使用此类。

HashSet 类是继承AbstractSet抽象并实现Set接口的，其低层的存储结构是基于HashMap类实现的，即当往HashSet中添加一个元素时，其实HashSet是通过建立的HashMap集合并往里添加一个该元素（把该元素设为Key），因此也保证了HashSet集合的元素唯一性。以为HashMap集合是线程不安全的，所以HashSet集合也是线程不安全的。

   TreeSet 类

当不希望集合中有重复值，并且希望按照元素的自然顺序进行排序时可以采用此类。（自然顺序意思是某种和插入顺序无关，而是和元素本身的内容和特质有关的排序方式，譬如“abc”排在“abd”前面。）

TreeSet类是继承抽象类AbstractSet类实现的，其低层是通过TreeMap类来实现的，因为TreeMap类是通过红黑树的结构实现的，所以TreeSet类也可以说是通过红黑树的结构实现的。

EnumSet 类

   EnumSet是专门为枚举类设计的集合类，Enum中所有元素都必须是指定的枚举值，所有集合元素必须来自于同一个枚举类。EnumSet的集合元素也是有序的，以枚举值在Enum类内的定义顺序来决定集合元素的顺序。

EnumSet在内部以位向量的形式存储，这种形式非常紧凑、高效，因此EnumSet对象占用内存很小，而且运行效率很高，EnumSet是所有Set实现类中性能最好的。

EnumSet集合对于初学者可能是不很常用，这里我附一段其代码

enum Season{

spring,summer,fall,winter

}

public class EnumSetTest {

public static void main(String[] args) {

//创建一个EnumSet集合，集合元素就是Season的全部枚举值

EnumSet es = EnumSet.allOf(Season.class);

System.out.println(es);//输出为[spring, summer, fall, winter]

es.add(Season.spring);

System.out.println(es);//输出为[spring, summer, fall, winter]

//创建一个EnumSet的空集合，指定其集合元素是Season的枚举值

EnumSet es2 = EnumSet.noneOf(Season.class);

System.out.println(es2);//输出为[]

es2.add(Season.spring);

es2.addAll(es);//添加一个EnumSet

System.out.println(es);//输出为[spring, summer, fall, winter]

//以指定枚举值创建EnumSet

EnumSet es3 = EnumSet.of(Season.spring,Season.summer);

}

}

   LinkedHashset 类

当不希望集合中有重复值，并且希望按照元素的插入顺序进行迭代遍历时可采用此类。这是HashSet的子类，对于插入、删除操作，LinkedList比HashSet要慢一些，因为要维护链表，但是由于有了链表结构，遍历LinkedList会更快。

其父类是HashSet，LinkedHashSet类的实现也依赖于其父类HashSet的结构与方法。

Set集合的性能分析

1、HashSet和TreeSet比较时，HashSet在数据的添加、查询等操作时性能高于TreeSet，因为TreeSet需要用红黑树算来维护集合元素的次序，只有需要集合元素保持排序时，才应该使用TreeSet集合。

2、Set 的三个实现类 HashSet、TreeSet和EnumSet都是线程不安全的。如果多线程并发操作Set集合，可以通过Collections工具类的synchronizedSortedSet 方法来包装该Set集合。

四、List

List 关心的是索引，与数组类似，但是List长度是可变的的，List集合也是可重复的，与其他集合相比，List特有的就是和索引相关的一些方法：get(int index) 、 add(int index,Object o) 、 indexOf(Object o) 。

在List 的集合群中，List接口直接继承Collection接口，然后抽象类AbstractList实现List接口。

   ArrayList

可理解成一个可增长的数组，它提供快速迭代和快速随机访问的能力。ArrayList是基于数组实现的。ArrayList类继承AbstractList类实现。

   LinkedList

当需要快速插入和删除时可选用LinkedList。LinkedList是基于双端链表结构实现的，提供双端队列和栈的功能。

Vector

是ArrayList的线程安全版本，性能比ArrayList要低，现在已经很少使用

  

   更好的使用List集合：

1、如果需要遍历集合元素，对于ArrayList和Vector集合，由于这两类集合使用数组来实现（封装了一个动态的、允许再分配的Object[] 数组），所以使用随机访问方法 get性能更好（get（key）通过索引数组下标来获得元素）；对于LinkedList集合，因为其结构是基于链的线性表，所以用迭代器Iterator来遍历集合元素，如下

for(Iterator it = collection.iterator(); it.hasNext();) {

　　Object o = it.next();

}

2、如果需要经常执行插入、删除来操作已包含大量数据的List集合，建议使用LinkedList集合，其只需增加删除一个节点即可，高效快捷；而对于ArrayList和Vector的插入、删除操作，则需要重新分配数组大小及移动数据，效果较差。

3、如果有多个线程同时访问List集合时，ArrayList、LinkedList等集合时线程不安全的，虽然Vector集合线程安全，但是性能极低，这是我们需要使用Collections讲集合包装成线程安全的集合。

五、Queue

Queue关注事物被处理时的顺序，用于保存将要执行的任务列表，其用于模拟队列这种数据结构，队列通常是值“先进先出（FIFO）”的容器。Queue接口直接继承Collection接口，抽象类AbstractQueue 实现Queue接口。

   LinkedList

不仅实现了List，同样实现了Queue接口，模拟先进先出的队列结构。

   PriorityQueue

用来创建自然排序的优先级队列。

五、Map

Map关心的是唯一的标识符。他将唯一的键映射到某个元素。当然键和值都是对象。（这里只是概括一下Map，具体的Map介绍，请看我的另一篇，HashMap的低层实现）

Map集合是Java集合框架的使用的最频繁的集合，而且Set集合也都是通过Map集合来实现的。

Map 接口在现在的Java版本中没有继承Collection接口，自己为一个接口，通过抽象类AbstractMap 来实现Map接口。

   HashMap

当需要键值对表示，又不关心顺序时可采用HashMap。HashMap集合是线程不安全的。

   Hashtable

它在较早版本中出现，现在已经很少使用。Hashtable集合是线程安全的，不过其加锁机制也使得其性能非常低。

   LinkedHashMap

当需要键值对，并且关心插入顺序时可采用它。其继承父类Hashmap实现。

   TreeMap

当需要键值对，并关心元素的自然排序时可采用它。其是通过红黑树这种结构实现的。