一文快速瞭解Java集合框架

1. 簡介

JDK1.2 引入了 Java 集合框架，包含一組數據結構。與數組不一樣，這些數據結構的存儲空間會隨着元素添加動態增長。其中，一些支持添加劇復元素另外一些不支持，一些支持 null，一些能自動升序打印元素。

全部這些數據結構在 java.util 包裏，包含了 Collection、List、Set、Map、SortedMap 接口。這些接口的實現類有 LinkedList、TreeSet、ArrayList、HashMap 等。除了這些數據結構，java.util 包還提供了 Date、GregorianCalender、StringTokenizer、Random 這樣的工具類。

2. 分類

能夠按照接口、實現、算法三個方面對集合框架中的數據結構進行分類：

• 接口：Collection、List、Map 組成了集合框架中全部具體實現類的接口，它們定義了子類必須實現的方法，很是好記。好比向集合添加元素，會用到 Collection 中定義的 add() 方法
• 實現：全部實現了上述3個接口的類，都被稱做集合框架，實際上就是數據結構。好比 LinkedList、TreeSet 等
• 算法：集合框架提供了不少能夠直接調用的算法，好比求最大最小值、排序、填充等

3. 優缺點

有如下4個優勢

• 減小工做量的同時增長了軟件的可用性：不須要每一個程序員動手實現排序、查找、找出元素在數據結構中出現的次數
• 執行速度更快更持久：集合框架的底層數據結構分爲兩類，基於節點的和基於數組的，前者在頻繁添加時效率更高，後者在頻繁讀取時速度更快。一些數據結構是 synchronized 線程安全的，但會影響速度有，另外一些則不是線程安全的。程序員在選用數據結構前要清楚地瞭解這些因素
• 互操做與轉換：因爲實現了 Collection 接口，數據結構之間是能夠相互轉換的。能夠 clone，能夠把現有的結構轉成 synchronized 版本，還能夠在把基於鏈表的數據結構轉爲基於數組的結構

有如下2個缺點

• 小心類型轉換：在集合框架類之間進行轉換時要大大地當心，尤爲要考慮泛型類型的兼容性
• 運行時類型檢查：集合框架在運行時會拋出異常，須要編程時多加註意

4. 繼承體系

java.util 中的數據結構繼承體系分爲兩大類，一類實現了 Collection 接口，一類實現了 Map 接口。

Collection 繼承體系（圖片來自Wikipedia）

Map 繼承體系（圖片來自Wikipedia）

集合框架核心接口及實現類：

• Collection：根接口，大部分數據結構都實現了 Collection 接口中的方法
• Set：實現 Set 接口的數據結構不容許重複的元素，例如 HashSet、LinkedHashSet
• SortedSet：實現 SortedSet 接口的數據結構默承認按升序打印元素，例如 TreeSet
• List：實現 List 接口的數據結構容許重複元素，可經過 index 訪問元素，例如 LinkedList、ArrayList、Vector
• Map：實現 Map 接口的數據結構存儲鍵值對，不容許重複的 key，例如 HashMap、LinkedHashMap、Hashtable
• SortedMap：繼承了 Map 接口，存儲鍵值對，不容許重複的 key，默承認按 key 升序打印元素，例如 TreeMap

SortedSet 與 SortedMap 默認的排序是天然序，可經過 Comparator 或 Comparable 接口實現自定義排序。

在接口與具體的實現類之間還有一些抽象類，以下圖：

這些抽象類爲集合增長了不少功能：

• HashSet：實現 Set 接口，不容許重複的元素，底層數據結構 hash table
• LinkedHashSet：實現 Set 接口，不容許重複的元素，底層數據結構 hash table 與雙鏈表
• TreeSet：實現 NavigableSet 接口，不容許重複的元素，底層數據結構紅黑樹
• ArrayList：實現 List 接口，容許重複元素，底層數據結構可變數組
• LinkedList：實現 List 接口，容許重複元素，底層數據結構雙鏈表
• Vector：實現 List 接口，容許重複元素，底層數據結構可變數組
• HashMap：實現 Map 接口，不容許重複的 key，底層數據結構 hash table
• LinkedHashMap：實現 Map 接口，不容許重複的 key，底層數據結構 hash table 與雙鏈表
• HashTable：實現 Map 接口，不容許重複的 key，底層數據結構 hash table
• TreeMap：實現 SortedMap 接口，不容許重複的 key，底層數據結構紅黑樹

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