Java Collections Framework概覽

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概覽

容器，就是能夠容納其餘Java對象的對象。Java Collections Framework（JCF）爲Java開發者提供了通用的容器，其始於JDK 1.2，優勢是：

• 下降編程難度
• 提升程序性能
• 提升API間的互操做性
• 下降學習難度
• 下降設計和實現相關API的難度
• 增長程序的重用性

Java容器裏只能放對象，對於基本類型（int, long, float, double等），須要將其包裝成對象類型後（Integer, Long, Float, Double等）才能放到容器裏。不少時候拆包裝和解包裝可以自動完成。這雖然會致使額外的性能和空間開銷，但簡化了設計和編程。

泛型（Generics）

Java容器可以容納任何類型的對象，這一點表面上是經過泛型機制完成，Java泛型不是什麼神奇的東西，只是編譯器爲咱們提供的一個「語法糖」，泛型自己並不須要Java虛擬機的支持，只須要在編譯階段作一下簡單的字符串替換便可。實質上Java的單繼承機制纔是保證這一特性的根本，由於全部的對象都是Object的子類，容器裏只要可以存放Object對象就好了。
事實上，全部容器的內部存放的都是Object對象，泛型機制只是簡化了編程，由編譯器自動幫咱們完成了強制類型轉換而已。JDK 1.4以及以前版本不支持泛型，類型轉換須要程序員顯式完成。

//JDK 1.4 or before
ArrayList list = new ArrayList();
list.add(new String("Monday"));
list.add(new String("Tuesday"));
list.add(new String("Wensday"));
for(int i = 0; i < list.size(); i++){
    String weekday = (String)list.get(i);//顯式類型轉換
    System.out.println(weekday.toUpperCase());
}

//JDK 1.5 or latter
ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();//參數化類型
list.add(new String("Monday"));
list.add(new String("Tuesday"));
list.add(new String("Wensday"));
for(int i = 0; i < list.size(); i++){
    String weekday = list.get(i);//隱式類型轉換，編譯器自動完成
    System.out.println(weekday.toUpperCase());
}

內存管理

跟C++複雜的內存管理機制不一樣，Java GC自動包攬了一切，Java程序並不須要處理使人頭疼的內存問題，所以JCF並不像C++ STL那樣須要專門的空間適配器（alloctor）。
另外，因爲Java裏對象都在堆上，且對象只能經過引用（reference，跟C++中的引用不是同一個概念，能夠理解成通過包裝後的指針）訪問，容器裏放的實際上是對象的引用而不是對象自己，也就不存在C++容器的複製拷貝問題。

接口和實現（Interfaces and Implementations）

接口

爲了規範容器的行爲，統一設計，JCF定義了14種容器接口（collection interfaces），它們的關係以下圖所示：

Map接口沒有繼承自Collection接口，由於Map表示的是關聯式容器而不是集合。但Java爲咱們提供了從Map轉換到Collection的方法，能夠方便的將Map切換到集合視圖。
上圖中提供了Queue接口，卻沒有Stack，這是由於Stack的功能已被JDK 1.6引入的Deque取代。

實現

上述接口的通用實現見下表：

		Implementations
		Hash Table	Resizable Array	Balanced Tree	Linked List	Hash Table + Linked List
Interfaces	Set	HashSet		TreeSet		LinkedHashSet
	List		ArrayList		LinkedList
	Deque		ArrayDeque		LinkedList
	Map	HashMap		TreeMap		LinkedHashMap

接下來的篇幅，會逐個介紹上表中容器的數據結構以及用到的算法。

迭代器（Iterator）

跟C++ STL同樣，JCF的迭代器（Iterator）爲咱們提供了遍歷容器中元素的方法。只有容器自己清楚容器裏元素的組織方式，所以迭代器只能經過容器自己獲得。每一個容器都會經過內部類的形式實現本身的迭代器。相比STL的迭代器，JCF的迭代器更容易使用。

//visit a list with iterator
ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
list.add(new String("Monday"));
list.add(new String("Tuesday"));
list.add(new String("Wensday"));
Iterator<String> it = list.iterator();//獲得迭代器
while(it.hasNext()){
    String weekday = it.next();//訪問元素
    System.out.println(weekday.toUpperCase());
}

JDK 1.5 引入了加強的for循環，簡化了迭代容器時的寫法。

//使用加強for迭代
ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
list.add(new String("Monday"));
list.add(new String("Tuesday"));
list.add(new String("Wensday"));
for(String weekday : list){//enhanced for statement
    System.out.println(weekday.toUpperCase());
}

源代碼

JDK安裝目錄下的src.zip包含了Java core API的源代碼，本文采用的是JDK 1.7u79的源碼，下載地址。這裏複製了一份。

參考文獻

• Collections Framework Overview
• The For-Each Loop