Java 集合框架

Java 集合框架

Java 集合框架提供了一套性能優良，使用方便的接口和類，java 集合框架位於java.util 包中， 因此當使用集合框架的時候須要進行導包。

集合框架被設計成要知足如下幾個目標。

• 該框架必須是高性能的。基本集合（動態數組，鏈表，樹，哈希表）的實現也必須是高效的。
• 該框架容許不一樣類型的集合，以相似的方式工做，具備高度的互操做性。
• 對一個集合的擴展和適應必須是簡單的。

爲此，整個集合框架就圍繞一組標準接口而設計。你能夠直接使用這些接口的標準實現，諸如：LinkedList, HashSet, 和 TreeSet 等,除此以外你也能夠經過這些接口實現本身的集合。

從上面的集合框架圖能夠看到，Java 集合框架主要包括兩種類型的容器:

• 一種是集合（Collection），存儲一個元素集合
• 另外一種是圖（Map），存儲鍵/值對映射

Collection 接口又有 3 種子類型，List、Set 和 Queue，再下面是一些抽象類，最後是具體實現類，經常使用的有 ArrayList、LinkedList、HashSet、LinkedHashSet、HashMap、LinkedHashMap 等等。

集合框架是一個用來表明和操縱集合的統一架構。全部的集合框架都包含以下內容：

• 接口：是表明集合的抽象數據類型。例如 Collection、List、Set、Map 等。之因此定義多個接口，是爲了以不一樣的方式操做集合對象
• 實現（類）：是集合接口的具體實現。從本質上講，它們是可重複使用的數據結構，例如：ArrayList、LinkedList、HashSet、HashMap。
• 算法：是實現集合接口的對象裏的方法執行的一些有用的計算，例如：搜索和排序。這些算法被稱爲多態，那是由於相同的方法能夠在類似的接口上有着不一樣的實現。

除了集合，該框架也定義了幾個 Map 接口和類。Map 裏存儲的是鍵/值對。儘管 Map 不是集合，可是它們徹底整合在集合中。

1. 集合接口

集合框架定義了一些接口。本節提供了每一個接口的概述：

序號	接口描述
1	Collection	Collection 是最基本的集合接口，一個 Collection 表明一組 Object，即 Collection 的元素, Java不提供直接繼承自Collection的類，只提供繼承於的子接口(如List和set)。Collection 接口存儲一組不惟一，無序的對象。
2	List	List接口是一個有序的 Collection，使用此接口可以精確的控制每一個元素插入的位置，可以經過索引(元素在List中位置，相似於數組的下標)來訪問List中的元素，第一個元素的索引爲 0，並且容許有相同的元素。List 接口存儲一組不惟一，有序（插入順序）的對象。
3	Set	Set 具備與 Collection 徹底同樣的接口，只是行爲上不一樣，Set 不保存重複的元素。Set 接口存儲一組惟一，無序的對象。
4	SortedSet	繼承於Set保存有序的集合。
5	Map	Map 接口存儲一組鍵值對象，提供key（鍵）到value（值）的映射。
6	Map.Entry	描述在一個Map中的一個元素（鍵/值對）。是一個Map的內部類。
7	SortedMap	繼承於 Map，使 Key 保持在升序排列。
8	Enumeration	這是一個傳統的接口和定義的方法，經過它能夠枚舉（一次得到一個）對象集合中的元素。這個傳統接口已被迭代器取代。

Set和List的區別

1. Set 接口實例存儲的是無序的，不重複的數據。List 接口實例存儲的是有序的，能夠重複的元素。
2. Set檢索效率低下，刪除和插入效率高，插入和刪除不會引發元素位置改變 <實現類有HashSet,TreeSet>。
3. List 和數組相似，能夠動態增加，根據實際存儲的數據的長度自動增加List的長度。查找元素效率高，插入刪除效率低，由於會引發其餘元素位置改變 <實現類有ArrayList,LinkedList,Vector>。

---

2. 集合實現類（集合類）

Java提供了一套實現了 Collection 接口的標準集合類。其中一些是具體類，這些類能夠直接拿來使用，而另一些是抽象類，提供了接口的部分實現。

標準集合類彙總於下表：

序號	接口描述
1	AbstractCollection	實現了大部分的集合接口。
2	AbstractList	繼承於AbstractCollection 而且實現了大部分List接口。
3	AbstractSequentialList	繼承於 AbstractList ，提供了對數據元素的鏈式訪問而不是隨機訪問。
4	LinkedList	該類實現了List接口，容許有null（空）元素。主要用於建立鏈表數據結構，該類沒有同步方法，若是多個線程同時訪問一個List，則必須本身實現訪問同步，解決方法就是在建立List時候構造一個同步的List。例如: Listlist=Collections.synchronizedList(newLinkedList(...)); LinkedList 查找效率低。
5	ArrayList	該類也是實現了List的接口，實現了可變大小的數組，隨機訪問和遍歷元素時，提供更好的性能。該類也是非同步的,在多線程的狀況下不要使用。ArrayList 增加當前長度的50%，插入刪除效率低。
6	AbstractSet	繼承於AbstractCollection 而且實現了大部分Set接口。
7	HashSet	該類實現了Set接口，不容許出現重複元素，不保證集合中元素的順序，容許包含值爲null的元素，但最多隻能一個。
8	LinkedHashSet	具備可預知迭代順序的 Set 接口的哈希表和連接列表實現。
9	TreeSet	該類實現了Set接口，能夠實現排序等功能。
10	AbstractMap	實現了大部分的Map接口。
11	HashMap	HashMap 是一個散列表，它存儲的內容是鍵值對(key-value)映射。該類實現了Map接口，根據鍵的HashCode值存儲數據，具備很快的訪問速度，最多容許一條記錄的鍵爲null，不支持線程同步。
12	TreeMap	繼承了AbstractMap，而且使用一顆樹。
13	WeakHashMap	繼承AbstractMap類，使用弱密鑰的哈希表。
14	LinkedHashMap	繼承於HashMap，使用元素的天然順序對元素進行排序.
15	IdentityHashMap	繼承AbstractMap類，比較文檔時使用引用相等。

---

java.util包中定義的類，以下所示：

序號	類描述
1	Vector	該類和ArrayList很是類似，可是該類是同步的，能夠用在多線程的狀況，該類容許設置默認的增加長度，默認擴容方式爲原來的2倍。
2	Stack	棧是Vector的一個子類，它實現了一個標準的後進先出的棧。
3	Dictionary	Dictionary 類是一個抽象類，用來存儲鍵/值對，做用和Map類類似。
4	Hashtable	Hashtable 是 Dictionary(字典) 類的子類，位於 java.util 包中。
5	Properties	Properties 繼承於 Hashtable，表示一個持久的屬性集，屬性列表中每一個鍵及其對應值都是一個字符串。
6	BitSet	一個Bitset類建立一種特殊類型的數組來保存位值。BitSet中數組大小會隨須要增長。

---

3. 集合算法

集合框架定義了幾種算法，可用於集合和映射。這些算法被定義爲集合類的靜態方法。

在嘗試比較不兼容的類型時，一些方法可以拋出 ClassCastException 異常。當試圖修改一個不可修改的集合時，拋出 UnsupportedOperationException 異常。

集合定義三個靜態的變量：EMPTY_SET，EMPTY_LIST，EMPTY_MAP的。這些變量都不可改變。

序號	算法描述
1	Collection Algorithms	這裏是一個列表中的全部算法實現。

---

4. 如何使用迭代器

通常遍歷數組都是採用for循環或者加強for，這兩個方法也能夠用在集合框架，可是還有一種方法是採用迭代器遍歷集合框架，它是一個對象，實現了Iterator 接口或ListIterator接口。

迭代器，使你可以經過循環來獲得或刪除集合的元素。ListIterator 繼承了Iterator，以容許雙向遍歷列表和修改元素。

序號	迭代器方法描述
1	使用 Java Iterator	這裏經過實例列出Iterator和listIterator接口提供的全部方法。

4.1 遍歷 ArrayList

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        list.add("Hello");
        list.add("World");
        list.add("HAHAHAHA");
        //第一種遍歷方法使用foreach遍歷List
        //也能夠改寫for(int i=0;i<list.size();i++)這種形式
        for (String str : list) {
            System.out.println(str);
        }

        //第二種遍歷，把鏈表變爲數組相關的內容進行遍歷
        String[] strArray = new String[list.size()];
        list.toArray(strArray);
        //這裏也能夠改寫爲  foreach(String str:strArray)這種形式
        for (int i = 0; i < strArray.length; i++) {
            System.out.println(strArray[i]);
        }

        //第三種遍歷 使用迭代器進行相關遍歷
        Iterator<String> ite = list.iterator();
        //判斷下一個元素以後有值
        while (ite.hasNext()) {
            System.out.println(ite.next());
        }
    }
}

[解析]：

三種方法都是用來遍歷 ArrayList 集合，第三種方法是採用迭代器的方法，該方法能夠不用擔憂在遍歷的過程當中會超出集合的長度。

4.2 遍歷 Map

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();
        map.put("1", "value1");
        map.put("2", "value2");
        map.put("3", "value3");

        //第一種：廣泛使用，二次取值
        System.out.println("經過Map.keySet遍歷key和value：");
        for (String key : map.keySet()) {
            System.out.println("key= " + key + " and value= " + map.get(key));
        }

        //第二種
        System.out.println("經過Map.entrySet使用iterator遍歷key和value：");
        Iterator<Map.Entry<String, String>> it = map.entrySet().iterator();
        while (it.hasNext()) {
            Map.Entry<String, String> entry = it.next();
            System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue());
        }

        //第三種：推薦，尤爲是容量大時
        System.out.println("經過Map.entrySet遍歷key和value");
        for (Map.Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {
            System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue());
        }

        //第四種
        System.out.println("經過Map.values()遍歷全部的value，但不能遍歷key");
        for (String v : map.values()) {
            System.out.println("value= " + v);
        }
    }
}

---

5. 如何使用比較器

TreeSet 和 TreeMap 的按照排序順序來存儲元素. 然而，這是經過比較器來精肯定義按照什麼樣的排序順序。

這個接口可讓咱們以不一樣的方式來排序一個集合。

序號	比較器方法描述
1	使用 Java Comparator	這裏經過實例列出Comparator接口提供的全部方法

---

總結

Java 集合框架爲程序員提供了預先包裝的數據結構和算法來操縱他們。

集合是一個對象，可容納其餘對象的引用。集合接口聲明對每一種類型的集合能夠執行的操做。

集合框架的類和接口均在 java.util 包中。

任何對象加入集合類後，自動轉變爲 Object 類型，因此在取出的時候，須要進行強制類型轉換。