JAVA容器全面總結

 

1      容器體系圖

簡圖：

   

 

詳圖：

2      基礎

2.1      Iterator接口

迭代器。

具備的能力：後向迭代、刪除。

 

 

2.2      Iterable接口

表示一個類具備迭代能力。

提供能力：經過iterator()方法，返回iterator。

 

2.3      Collection接口

集合接口

繼承Iterable，具備迭代能力

新增接口：

       Size，isEmpty，contains，toArray，add，remove，以及批量操做，條件操做。

 

2.4      AbstractCollection抽象類

這不是接口了，是個抽象類，實現了Collection接口

實現了Collection種的大部分方法。

toArray，這個的實現是新new的一個數組，把元素一個個拷貝上去。

 

 

2.5      Collection的重要子接口

List、Set、Queue

3      工具類

3.1      Array類

這個類屬於java.lang.reflect包，因此能夠看出，用的是反射的方法。

而後，這是個final類，不能夠new，只是提供static方法。

The {@code Array} class provides static methods to dynamically create and access Java arrays.

提供靜態方法，建立和訪問java數組。

 

提供方法：

NewInstance, getLength，get，getXXX類型，set,setXXX類型，

 

3.2      Collections類

容器工具類

方法見：https://blog.csdn.net/u013256816/article/details/50924875

 

1. 調用一個空List,Set,Map  //靜態成員變量
2. addAll
3. binarySearch  利用二分法在指定的集合中查找元素
4. sort
5. shuffle  //混排。混排算法所作的正好與sort相反：它打亂在一個List中可能有的任何排列的蹤影。
6. reverse  //反轉
7. synchronizedXXX //確保所封裝的集合線程安全（強同步）
8. unmodifiableXXXX //確保所封裝的集合不能修改。

 

4      List

4.1      特徵

特徵：有順序能夠重複，有順序因此操做時能夠在方法中加入索引參數。

一樣繼承於Collection的Set則不可排序。

雖然咱們通常都用iterator單向遍歷list，但List是都是能夠用ListIterator迭代器雙向迭代的。

 

4.2      ListIterator

繼承自Iterator

增長功能：

前向迭代類的：previous，

索引類：nextIndex，previousIndex

操做類：增長、修改

4.3      List接口

繼承自Collection

增長功能：

獲取對應的迭代器：listIterator

基於索引/可排序的功能：sort，indexOf，lastIndexOf，subList

 

4.4      AbstractList抽象類

繼承自AbstractCollection

實現List接口

 

實現了迭代器。

4.4.1        Itr內部類

AbstractList可返回的迭代器。

實現了Iterator，經過int cursor記錄迭代位置。

4.4.2        ListItr內部類

AbstractList可返回的迭代器。

繼承Itr

增長功能：前向迭代、查看序號、增長、修改。

4.4.3        SubList內部類

AbstractList的內部類，用於計算sublist

算出的sublist的元素與原list共用，只是在使用的時候加了個offset。

 

4.5      AbstractList的三個重要子類

ArrayList 數組實現的

Vector 也是數組實現的，線程安全的

LinkedList 鏈表實現的

 

4.6      ArrayList類

繼承自AbstractList

 

特徵：用數組實現。

 

實現：List、RandomAccess、Cloneable、Serializable

 

數據存放：transient Object[] elementData;（transient不序列化）

 

增長能力：

       自動擴容

 

覆蓋了AbstractList的三個內部類。是用數組的方式實現的迭代。

 

4.7      Vector類

基本同ArrayList

數據存放：protected Object[] elementData;  --  這個沒有用transient

新特性：線程同步，大多數方法都用synchronized修飾了。

 

4.8      AbstractSequentialList抽象類

繼承自AbstractList

實現了一些接口，實現都是依賴於迭代器，但迭代器仍是抽象的。

 

4.9      Queue接口

繼承自Collection

特徵：先進先出隊列

提供接口：offer,poll,remove,element,peek

4.10   Deque接口

繼承自Queue

特徵：雙向列表

提供接口：在Queue的基礎上，添加上從頭增刪，從尾增刪的接口。xxxFirst,xxxxLast.

 

4.11   LinkedList

繼承自AbstractSequentialList

實現：List、Deque、Cloneable、Serializable

能夠看到，跟ArrayList的區別是實現了Deque，沒實現RandomAccess

 

特徵：雙向鏈表實現的。

 

新增接口：封裝了Depue的一些雙向列表的一些接口，如 push,pop等

 

覆蓋了AbstractList的內部類ListItr，直接繼承自ListIterator。用列表的方式實現迭代。

 

用途：堆棧、隊列、雙向列表。

 

4.12   Stack類

繼承自Vector

封裝Vector方法實現棧接口：push pop peek

5      Set

5.1      特徵

無順序不能夠重複

無序於是不能經過索引操做對象

 

5.2      Set接口

繼承自Collection

沒提供新的接口，只是聲明這是一個Set類型的Collection

 

5.3      AbstractSet抽象類

繼承自AbstractCollection

實現Set接口

 

5.4      HashSet類

繼承自AbstractSet

實現Set, Cloneable, Serializable

 

數據結構：private transient HashMap<E,Object> map;

此處可見，HashSet是用HashMap實現的，只是用key存放實際對象，用Vaule存放了一個空的常量。private static final Object PRESENT = new Object();

Iterator是返回key的Iterator。

 

5.5      LinkedHashSet類

繼承自HashSet

實現Set, Cloneable, Serializable

 

跟HashSet的區別是他是用LinkedHashMap來存放數據的，也就是說，區別就是HashMap和LinkedHashMap的區別。

 

 

5.6      SortedSet接口

繼承自Set接口

添加了順序功能接口：

       位置：First,last

子Set：subSet，headSet，tailSet

須要一個比較運算。

 

5.7      NavigableSet接口

繼承自SortedSet

 

添加了導航功能（返回和給定元素有響應關係的元素）：

       Lower，floor，ceiling，higher，pollFirst，pollLast

 

5.8      TreeSet類

繼承自AbstractSet

實現NavigableSet，Cloneable，Serializable

 

數據對象：private transient NavigableMap<E,Object> m;

 

具備排序功能

功能仍是依賴於對應的map類。

 

6      Map

6.1      Map體系圖

 

 

6.2      特徵

 

6.3      Map接口

並無繼承自Collection，也沒有聲明iterable，僅僅是聲明瞭一些和Collection相似的方法。

基礎方法：Size、isEmpty…

Key相關方法：containsKey、containsValue…

元素操做：get、put、remove…

Collection<V> values();

Set<Map.Entry<K, V>> entrySet();

 

6.4      AbstractMap抽象類

繼承自Map

 

 

6.5      HashMap類

    extends AbstractMap<K,V>

implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable

 

存數據的地方：transient Node<K,V>[] table;  //這裏數組的每一個Node表明一個桶。

       static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V>//node中存放了next node的地址。

實際數據結構以下圖：

 

 

 

HashMap 永遠都是在鏈表的表頭添加新元素。

 

6.5.1        自動擴容

隨着HashMap中元素的數量愈來愈多，發生碰撞的機率將愈來愈大，所產生的子鏈長度就會愈來愈長，這樣勢必會影響HashMap的存取速度。爲了保證HashMap的效率，系統必需要在某個臨界點進行擴容處理，該臨界點就是HashMap中元素的數量在數值上等於threshold（table數組長度*加載因子）。可是，不得不說，擴容是一個很是耗時的過程，由於它須要從新計算這些元素在新table數組中的位置並進行復制處理。因此，若是咱們可以提早預知HashMap 中元素的個數，那麼在構造HashMap時預設元素的個數可以有效的提升HashMap的性能。

 

6.5.2        HashMap 的底層數組長度爲什麼老是2的n次方？

對hash取餘時，對2^n-1作與運算便可。

這樣能夠保證最大的利用率和最小的碰撞機會。

6.5.3        Fail-Fast 機制

咱們知道 java.util.HashMap 不是線程安全的，所以若是在使用迭代器的過程當中有其餘線程修改了 map，那麼將拋出 ConcurrentModificationException，這就是所謂 fail-fast 策略。

在迭代過程當中，判斷 modCount 跟 expectedModCount 是否相等，若是不相等就表示已經有其餘線程修改了 Map：

注意到 modCount 聲明爲 volatile，保證線程之間修改的可見性。

 

 

6.6      LinkedHashMap類

public class LinkedHashMap<K,V>

    extends HashMap<K,V>

    implements Map<K,V>

 

LinkedHashMap繼承了HashMap的所用特性，而且還經過額外維護一個雙向鏈表保持了有序性

對於每次put進來Entry，除了將其保存到哈希表中對應的位置上以外，還會將其插入到雙向鏈表的尾部。

    static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {

        Entry<K,V> before, after; //節點在原先的基礎上，加上了雙向列表的屬性。

}

 

 

 

LinkedHashMap重寫了HashMap 的迭代器，它使用其維護的雙向鏈表進行迭代輸出。

 

6.7      Hashtable類

public class Hashtable<K,V>

    extends Dictionary<K,V>

    implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable {

Dictionary類是任何可將鍵映射到相應值的類（如 Hashtable）的抽象父類，每一個鍵和值都是對象。但Dictionary 這個類過期了，新的實現類應該實現Map接口。

 

HashTable和HashMap幾乎功能是相同的，差異：

一、  HashTable是同步的。

二、  HashTable不容許Null作key。

 

6.8      ConcurrentMap接口

沒幹啥，只是聲明爲同步

6.9      ConcurrentHashMap類

public class ConcurrentHashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>

    implements ConcurrentMap<K,V>, Serializable {

 

使用樂觀鎖(asTabAt)進行同步控制的。

比HashTable(使用synchronized)性能要高的多。

6.10   SortedMap接口

public interface SortedMap<K,V> extends Map<K,V>

比較、排序

 

6.11   NavigableMap接口

public interface NavigableMap<K,V> extends SortedMap<K,V> {

添加了導航功能（返回和給定元素有響應關係的元素）：

       Lower，floor，ceiling，higher，pollFirst，pollLast

 

6.12   TreeMap類

public class TreeMap<K,V>

    extends AbstractMap<K,V>

    implements NavigableMap<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable

TreeMap實現了紅黑樹的結構，造成了一顆二叉樹。

 

特徵：

一、  用紅黑樹實現了插入時的天然排序

二、  紅黑樹的好處：平衡二叉樹，查詢效率高。

 

7      Java1.8新特性

7.1      Foreach

 

7.2      Spliterator

 

 

 

8      參考

java容器類總結

http://www.javashuo.com/article/p-pxpyyesg-cw.html

 

Map 綜述（一）：徹頭徹尾理解 HashMap

http://www.javashuo.com/article/p-uizorzvn-a.html

Map 綜述（二）：徹頭徹尾理解 LinkedHashMap

http://www.javashuo.com/article/p-qtvrednt-b.html

 

Hashtable 的實現原理

http://wiki.jikexueyuan.com/project/java-collection/hashtable.html

 

Java集合--TreeMap徹底解析

https://www.jianshu.com/p/2dcff3634326