java中的各個數據結構區別

ArrayList 和Vector是採用數組方式存儲數據，此數組元素數大於實際存儲的數據以便增長和插入元素，都容許直接序號索引元素，可是插入數據要設計到數組元素移動等內存操做，因此索引數據快插入數據慢，Vector因爲使用了synchronized方法（線程安全）因此性能上比ArrayList要差，LinkedList使用雙向鏈表實現存儲，按序號索引數據須要進行向前或向後遍歷，可是插入數據時只須要記錄本項的先後項便可，因此插入數度較快！


線性表，鏈表，哈希表是經常使用的數據結構，在進行Java開發時，JDK已經爲咱們提供了一系列相應的類來實現基本的數據結構。這些類均在java.util包中。本文試圖經過簡單的描述，向讀者闡述各個類的做用以及如何正確使用這些類。 

Collection
├List
│├LinkedList
│├ArrayList
│└Vector
│　└Stack
└Set
Map
├Hashtable
├HashMap
└WeakHashMap

Collection接口
　　Collection是最基本的集合接口，一個Collection表明一組Object，即Collection的元素（Elements）。一些Collection容許相同的元素而另外一些不行。一些能排序而另外一些不行。Java SDK不提供直接繼承自Collection的類，Java SDK提供的類都是繼承自Collection的「子接口」如List和Set。
　　全部實現Collection接口的類都必須提供兩個標準的構造函數：無參數的構造函數用於建立一個空的Collection，有一個Collection參數的構造函數用於建立一個新的Collection，這個新的Collection與傳入的Collection有相同的元素。後一個構造函數容許用戶複製一個Collection。
　　如何遍歷Collection中的每個元素？不論Collection的實際類型如何，它都支持一個iterator()的方法，該方法返回一個迭代子，使用該迭代子便可逐一訪問Collection中每個元素。典型的用法以下：
　　　　Iterator it = collection.iterator(); // 得到一個迭代子
　　　　while(it.hasNext()) {
　　　　　　Object obj = it.next(); // 獲得下一個元素
　　　　}
　　由Collection接口派生的兩個接口是List和Set。

List接口
　　List是有序的Collection，使用此接口可以精確的控制每一個元素插入的位置。用戶可以使用索引（元素在List中的位置，相似於數組下標）來訪問List中的元素，這相似於Java的數組。
和下面要提到的Set不一樣，List容許有相同的元素。
　　除了具備Collection接口必備的iterator()方法外，List還提供一個listIterator()方法，返回一個ListIterator接口，和標準的Iterator接口相比，ListIterator多了一些add()之類的方法，容許添加，刪除，設定元素，還能向前或向後遍歷。
　　實現List接口的經常使用類有LinkedList，ArrayList，Vector和Stack。

LinkedList類
　　LinkedList實現了List接口，容許null元素。此外LinkedList提供額外的get，remove，insert方法在LinkedList的首部或尾部。這些操做使LinkedList可被用做堆棧（stack），隊列（queue）或雙向隊列（deque）。
　　注意LinkedList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。一種解決方法是在建立List時構造一個同步的List：
　　　　List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));

ArrayList類
　　ArrayList實現了可變大小的數組。它容許全部元素，包括null。ArrayList沒有同步。
size，isEmpty，get，set方法運行時間爲常數。可是add方法開銷爲分攤的常數，添加n個元素須要O(n)的時間。其餘的方法運行時間爲線性。
　　每一個ArrayList實例都有一個容量（Capacity），即用於存儲元素的數組的大小。這個容量可隨着不斷添加新元素而自動增長，可是增加算法並無定義。當須要插入大量元素時，在插入前能夠調用ensureCapacity方法來增長ArrayList的容量以提升插入效率。
　　和LinkedList同樣，ArrayList也是非同步的（unsynchronized）。

Vector類
　　Vector很是相似ArrayList，可是Vector是同步的。由Vector建立的Iterator，雖然和ArrayList建立的Iterator是同一接口，可是，由於Vector是同步的，當一個Iterator被建立並且正在被使用，另外一個線程改變了Vector的狀態（例如，添加或刪除了一些元素），這時調用Iterator的方法時將拋出ConcurrentModificationException，所以必須捕獲該異常。

Stack 類
　　Stack繼承自Vector，實現一個後進先出的堆棧。Stack提供5個額外的方法使得Vector得以被看成堆棧使用。基本的push和pop方法，還有peek方法獲得棧頂的元素，empty方法測試堆棧是否爲空，search方法檢測一個元素在堆棧中的位置。Stack剛建立後是空棧。

Set接口
　　Set是一種不包含重複的元素的Collection，即任意的兩個元素e1和e2都有e1.equals(e2)=false，Set最多有一個null元素。
　　很明顯，Set的構造函數有一個約束條件，傳入的Collection參數不能包含重複的元素。
　　請注意：必須當心操做可變對象（Mutable Object）。若是一個Set中的可變元素改變了自身狀態致使Object.equals(Object)=true將致使一些問題。

Map接口
　　請注意，Map沒有繼承Collection接口，Map提供key到value的映射。一個Map中不能包含相同的key，每一個key只能映射一個value。Map接口提供3種集合的視圖，Map的內容能夠被看成一組key集合，一組value集合，或者一組key-value映射。

Hashtable類
　　Hashtable繼承Map接口，實現一個key-value映射的哈希表。任何非空（non-null）的對象均可做爲key或者value。
　　添加數據使用put(key, value)，取出數據使用get(key)，這兩個基本操做的時間開銷爲常數。
Hashtable經過initial capacity和load factor兩個參數調整性能。一般缺省的load factor 0.75較好地實現了時間和空間的均衡。增大load factor能夠節省空間但相應的查找時間將增大，這會影響像get和put這樣的操做。
使用Hashtable的簡單示例以下，將1，2，3放到Hashtable中，他們的key分別是」one」，」two」，」three」：
　　　　Hashtable numbers = new Hashtable();
　　　　numbers.put(「one」, new Integer(1));
　　　　numbers.put(「two」, new Integer(2));
　　　　numbers.put(「three」, new Integer(3));
　　要取出一個數，好比2，用相應的key：
　　　　Integer n = (Integer)numbers.get(「two」);
　　　　System.out.println(「two = 」 + n);
　　因爲做爲key的對象將經過計算其散列函數來肯定與之對應的value的位置，所以任何做爲key的對象都必須實現hashCode和equals方法。hashCode和equals方法繼承自根類Object，若是你用自定義的類看成key的話，要至關當心，按照散列函數的定義，若是兩個對象相同，即obj1.equals(obj2)=true，則它們的hashCode必須相同，但若是兩個對象不一樣，則它們的hashCode不必定不一樣，若是兩個不一樣對象的hashCode相同，這種現象稱爲衝突，衝突會致使操做哈希表的時間開銷增大，因此儘可能定義好的hashCode()方法，能加快哈希表的操做。
　　若是相同的對象有不一樣的hashCode，對哈希表的操做會出現意想不到的結果（期待的get方法返回null），要避免這種問題，只須要牢記一條：要同時複寫equals方法和hashCode方法，而不要只寫其中一個。
　　Hashtable是同步的。

HashMap類
　　HashMap和Hashtable相似，不一樣之處在於HashMap是非同步的，而且容許null，即null value和null key。，可是將HashMap視爲Collection時（values()方法可返回Collection），其迭代子操做時間開銷和HashMap的容量成比例。所以，若是迭代操做的性能至關重要的話，不要將HashMap的初始化容量設得太高，或者load factor太低。

WeakHashMap類
　　WeakHashMap是一種改進的HashMap，它對key實行「弱引用」，若是一個key再也不被外部所引用，那麼該key能夠被GC回收。

總結
　　若是涉及到堆棧，隊列等操做，應該考慮用List，對於須要快速插入，刪除元素，應該使用LinkedList，若是須要快速隨機訪問元素，應該使用ArrayList。
　　若是程序在單線程環境中，或者訪問僅僅在一個線程中進行，考慮非同步的類，其效率較高，若是多個線程可能同時操做一個類，應該使用同步的類。
　　要特別注意對哈希表的操做，做爲key的對象要正確複寫equals和hashCode方法。
　　儘可能返回接口而非實際的類型，如返回List而非ArrayList，這樣若是之後須要將ArrayList換成LinkedList時，客戶端代碼不用改變。這就是針對抽象編程。

同步性
Vector是同步的。這個類中的一些方法保證了Vector中的對象是線程安全的。而ArrayList則是異步的，所以ArrayList中的對象並非線程安全的。由於同步的要求會影響執行的效率，因此若是你不須要線程安全的集合那麼使用ArrayList是一個很好的選擇，這樣能夠避免因爲同步帶來的沒必要要的性能開銷。
數據增加
從內部實現機制來說ArrayList和Vector都是使用數組(Array)來控制集合中的對象。當你向這兩種類型中增長元素的時候，若是元素的數目超出了內部數組目前的長度它們都須要擴展內部數組的長度，Vector缺省狀況下自動增加原來一倍的數組長度，ArrayList是原來的50%,因此最後你得到的這個集合所佔的空間老是比你實際須要的要大。因此若是你要在集合中保存大量的數據那麼使用Vector有一些優點，由於你能夠經過設置集合的初始化大小來避免沒必要要的資源開銷。
使用模式
在ArrayList和Vector中，從一個指定的位置（經過索引）查找數據或是在集合的末尾增長、移除一個元素所花費的時間是同樣的，這個時間咱們用O(1)表示。可是，若是在集合的其餘位置增長或移除元素那麼花費的時間會呈線形增加：O(n-i)，其中n表明集合中元素的個數，i表明元素增長或移除元素的索引位置。爲何會這樣呢？覺得在進行上述操做的時候集合中第i和第i個元素以後的全部元素都要執行位移的操做。這一切意味着什麼呢？
這意味着，你只是查找特定位置的元素或只在集合的末端增長、移除元素，那麼使用Vector或ArrayList均可以。若是是其餘操做，你最好選擇其餘的集合操做類。好比，LinkList集合類在增長或移除集合中任何位置的元素所花費的時間都是同樣的?O(1)，但它在索引一個元素的使用缺比較慢－O(i),其中i是索引的位置.使用ArrayList也很容易，由於你能夠簡單的使用索引來代替建立iterator對象的操做。LinkList也會爲每一個插入的元素建立對象，全部你要明白它也會帶來額外的開銷。
最後，在《Practical Java》一書中Peter Haggar建議使用一個簡單的數組（Array）來代替Vector或ArrayList。尤爲是對於執行效率要求高的程序更應如此。由於使用數組(Array)避免了同步、額外的方法調用和沒必要要的從新分配空間的操做。

 

 

1、集合與數組

數組（能夠存儲基本數據類型）是用來存現對象的一種容器，可是數組的長度固定，不適合在對象數量未知的狀況下使用。

集合（只能存儲對象，對象類型能夠不同）的長度可變，可在多數狀況下使用。

2、層次關係

如圖所示：圖中，實線邊框的是實現類，折線邊框的是抽象類，而點線邊框的是接口

Collection接口是集合類的根接口，Java中沒有提供這個接口的直接的實現類。可是卻讓其被繼承產生了兩個接口，就是Set和List。Set中不能包含重複的元素。List是一個有序的集合，能夠包含重複的元素，提供了按索引訪問的方式。

Map是Java.util包中的另外一個接口，它和Collection接口沒有關係，是相互獨立的，可是都屬於集合類的一部分。Map包含了key-value對。Map不能包含重複的key，可是能夠包含相同的value。

Iterator，全部的集合類，都實現了Iterator接口，這是一個用於遍歷集合中元素的接口，主要包含如下三種方法：
1.hasNext()是否還有下一個元素。
2.next()返回下一個元素。
3.remove()刪除當前元素。

3、幾種重要的接口和類簡介

一、List（有序、可重複）
List裏存放的對象是有序的，同時也是能夠重複的，List關注的是索引，擁有一系列和索引相關的方法，查詢速度快。由於往list集合裏插入或刪除數據時，會伴隨着後面數據的移動，全部插入刪除數據速度慢。

二、Set（無序、不能重複）
Set裏存放的對象是無序，不能重複的，集合中的對象不按特定的方式排序，只是簡單地把對象加入集合中。

三、Map（鍵值對、鍵惟1、值不惟一）
Map集合中存儲的是鍵值對，鍵不能重複，值能夠重複。根據鍵獲得值，對map集合遍歷時先獲得鍵的set集合，對set集合進行遍歷，獲得相應的值。

對好比下：

		是否有序	是否容許元素重複
Collection		否	是
List		是	是
Set	AbstractSet	否	否
	HashSet
	TreeSet	是（用二叉排序樹）
Map	AbstractMap	否	使用key-value來映射和存儲數據，key必須惟一，value能夠重複
	HashMap
	TreeMap	是（用二叉排序樹）

 

4、遍歷

 在類集中提供瞭如下四種的常見輸出方式：

1）Iterator：迭代輸出，是使用最多的輸出方式。

2）ListIterator：是Iterator的子接口，專門用於輸出List中的內容。

3）foreach輸出：JDK1.5以後提供的新功能，能夠輸出數組或集合。

4）for循環

代碼示例以下：

 for的形式：for（int i=0;i<arr.size();i++）{...}

 foreach的形式： for（int　i：arr）{...}

 iterator的形式：
Iterator it = arr.iterator();
while(it.hasNext()){ object o =it.next(); ...}

5、ArrayList和LinkedList

ArrayList和LinkedList在用法上沒有區別，可是在功能上仍是有區別的。LinkedList常常用在增刪操做較多而查詢操做不多的狀況下，ArrayList則相反。

6、Map集合

實現類：HashMap、Hashtable、LinkedHashMap和TreeMap

HashMap 

HashMap是最經常使用的Map，它根據鍵的HashCode值存儲數據，根據鍵能夠直接獲取它的值，具備很快的訪問速度，遍歷時，取得數據的順序是徹底隨機的。由於鍵對象不能夠重複，因此HashMap最多隻容許一條記錄的鍵爲Null，容許多條記錄的值爲Null，是非同步的

Hashtable

Hashtable與HashMap相似，是HashMap的線程安全版，它支持線程的同步，即任一時刻只有一個線程能寫Hashtable，所以也致使了Hashtale在寫入時會比較慢，它繼承自Dictionary類，不一樣的是它不容許記錄的鍵或者值爲null，同時效率較低。

ConcurrentHashMap

線程安全，而且鎖分離。ConcurrentHashMap內部使用段(Segment)來表示這些不一樣的部分，每一個段其實就是一個小的hash table，它們有本身的鎖。只要多個修改操做發生在不一樣的段上，它們就能夠併發進行。

LinkedHashMap

LinkedHashMap保存了記錄的插入順序，在用Iteraor遍歷LinkedHashMap時，先獲得的記錄確定是先插入的，在遍歷的時候會比HashMap慢，有HashMap的所有特性。

TreeMap

TreeMap實現SortMap接口，可以把它保存的記錄根據鍵排序，默認是按鍵值的升序排序（天然順序），也能夠指定排序的比較器，當用Iterator遍歷TreeMap時，獲得的記錄是排過序的。不容許key值爲空，非同步的；

map的遍歷

第一種：KeySet()
將Map中全部的鍵存入到set集合中。由於set具有迭代器。全部能夠迭代方式取出全部的鍵，再根據get方法。獲取每個鍵對應的值。 keySet():迭代後只能經過get()取key 。
取到的結果會亂序，是由於取得數據行主鍵的時候，使用了HashMap.keySet()方法，而這個方法返回的Set結果，裏面的數據是亂序排放的。
典型用法以下：
Map map = new HashMap();
map.put("key1","lisi1");
map.put("key2","lisi2");
map.put("key3","lisi3");
map.put("key4","lisi4");  
//先獲取map集合的全部鍵的set集合，keyset（）
Iterator it = map.keySet().iterator();
 //獲取迭代器
while(it.hasNext()){
Object key = it.next();
System.out.println(map.get(key));
}

第二種：entrySet（）
Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() //返回此映射中包含的映射關係的 Set 視圖。（一個關係就是一個鍵-值對），就是把(key-value)做爲一個總體一對一對地存放到Set集合當中的。Map.Entry表示映射關係。entrySet()：迭代後能夠e.getKey()，e.getValue()兩種方法來取key和value。返回的是Entry接口。
典型用法以下：
Map map = new HashMap();
map.put("key1","lisi1");
map.put("key2","lisi2");
map.put("key3","lisi3");
map.put("key4","lisi4");
//將map集合中的映射關係取出，存入到set集合
Iterator it = map.entrySet().iterator();
while(it.hasNext()){
Entry e =(Entry) it.next();
System.out.println("鍵"+e.getKey () + "的值爲" + e.getValue());
}
推薦使用第二種方式，即entrySet()方法，效率較高。
對於keySet實際上是遍歷了2次，一次是轉爲iterator，一次就是從HashMap中取出key所對於的value。而entryset只是遍歷了第一次，它把key和value都放到了entry中，因此快了。兩種遍歷的遍歷時間相差仍是很明顯的。

7、主要實現類區別小結

Vector和ArrayList
1，vector是線程同步的，因此它也是線程安全的，而arraylist是線程異步的，是不安全的。若是不考慮到線程的安全因素，通常用arraylist效率比較高。
2，若是集合中的元素的數目大於目前集合數組的長度時，vector增加率爲目前數組長度的100%，而arraylist增加率爲目前數組長度的50%。若是在集合中使用數據量比較大的數據，用vector有必定的優點。
3，若是查找一個指定位置的數據，vector和arraylist使用的時間是相同的，若是頻繁的訪問數據，這個時候使用vector和arraylist均可以。而若是移動一個指定位置會致使後面的元素都發生移動，這個時候就應該考慮到使用linklist,由於它移動一個指定位置的數據時其它元素不移動。
ArrayList 和Vector是採用數組方式存儲數據，此數組元素數大於實際存儲的數據以便增長和插入元素，都容許直接序號索引元素，可是插入數據要涉及到數組元素移動等內存操做，因此索引數據快，插入數據慢，Vector因爲使用了synchronized方法（線程安全）因此性能上比ArrayList要差，LinkedList使用雙向鏈表實現存儲，按序號索引數據須要進行向前或向後遍歷，可是插入數據時只須要記錄本項的先後項便可，因此插入數度較快。

arraylist和linkedlist
1.ArrayList是實現了基於動態數組的數據結構，LinkedList基於鏈表的數據結構。
2.對於隨機訪問get和set，ArrayList以爲優於LinkedList，由於LinkedList要移動指針。
3.對於新增和刪除操做add和remove，LinedList比較佔優點，由於ArrayList要移動數據。 這一點要看實際狀況的。若只對單條數據插入或刪除，ArrayList的速度反而優於LinkedList。但如果批量隨機的插入刪除數據，LinkedList的速度大大優於ArrayList. 由於ArrayList每插入一條數據，要移動插入點及以後的全部數據。

HashMap與TreeMap
一、 HashMap經過hashcode對其內容進行快速查找，而TreeMap中全部的元素都保持着某種固定的順序，若是你須要獲得一個有序的結果你就應該使用TreeMap（HashMap中元素的排列順序是不固定的）。
二、在Map 中插入、刪除和定位元素，HashMap是最好的選擇。但若是您要按天然順序或自定義順序遍歷鍵，那麼TreeMap會更好。使用HashMap要求添加的鍵類明肯定義了hashCode()和 equals()的實現。
兩個map中的元素同樣，但順序不同，致使hashCode()不同。
一樣作測試：
在HashMap中，一樣的值的map,順序不一樣，equals時，false;
而在treeMap中，一樣的值的map,順序不一樣,equals時，true，說明，treeMap在equals()時是整理了順序了的。

HashTable與HashMap一、同步性:Hashtable是線程安全的，也就是說是同步的，而HashMap是線程序不安全的，不是同步的。二、HashMap容許存在一個爲null的key，多個爲null的value 。三、hashtable的key和value都不容許爲null。