java中經常使用的數據結構--Collection接口及其子類

        

　　java中有幾種經常使用的數據結構，主要分爲Collection和map兩個主要接口（接口只提供方法，並不提供實現），而程序中最終使用的數據結構是繼承自這些接口的數據結構類。　

1、集合和數組的區別

   

 

 2、Collection集合和Map集合

   

3、Collection接口

 一、定義

public interface Collection<E> extends Iterable<E> {}

它是一個接口，是高度抽象出來的集合，它包含了集合的基本操做：添加、刪除、清空、遍歷(讀取)、是否爲空、獲取大小、是否保護某元素等等。

Collection接口的全部子類(直接子類和間接子類)都必須實現2種構造函數：不帶參數的構造函數 和 參數爲Collection的構造函數。帶參數的構造函數，能夠用來轉換Collection的類型。

二、Collection集合的API

4、List

一、定義：

　　List是一個繼承於Collection的接口，即List是集合中的一種。List是有序的隊列，List中的每個元素都有一個索引；第一個元素的索引值是0，日後的元素的索引值依次+1。和Set不一樣，List中容許有重複的元素。

public interface List<E> extends Collection<E> {}

二、List接口的實現類

（1）ArrayList：底層數據結構是數組，查詢快，增刪慢，線程不安全，效率高，能夠存儲重複元素
（2）LinkedList 底層數據結構是鏈表，查詢慢，增刪快，線程不安全，效率高，能夠存儲重複元素
（3）Vector:底層數據結構是數組，查詢快，增刪慢，線程安全，效率低，能夠存儲重複元素

三、List接口的方法：既然List是繼承於Collection接口，它天然就包含了Collection中的所有函數接口；因爲List是有序隊列，它也額外的有本身的API接口。

    

Arraylist：
　　優勢：ArrayList是實現了基於動態數組的數據結構,由於地址連續，一旦數據存儲好了，查詢操做效率會比較高（在內存裏是連着放的）。
　　缺點：由於地址連續， ArrayList要移動數據,因此插入和刪除操做效率比較低。

LinkedList：
　　優勢：LinkedList基於鏈表的數據結構,地址是任意的，因此在開闢內存空間的時候不須要等一個連續的地址，對於新增和刪除操做add和remove，LinedList比較佔優點。LinkedList 適用於要頭尾操做或插入指定位置的場景
　　缺點：由於LinkedList要移動指針,因此查詢操做性能比較低。
適用場景分析：
　　當須要對數據進行對此訪問的狀況下選用ArrayList，當須要對數據進行屢次增長刪除修改時採用LinkedList。

5、Set集合

一、定義：Set是一個繼承於Collection的接口，即Set也是集合中的一種。Set是沒有重複元素的集合。

public interface Set<E> extends Collection<E> {}

二、Set的API和Collection徹底同樣。

// Set的API
abstract boolean         add(E object)
abstract boolean         addAll(Collection<? extends E> collection)
abstract void             clear()
abstract boolean         contains(Object object)
abstract boolean         containsAll(Collection<?> collection)
abstract boolean         equals(Object object)
abstract int             hashCode()
abstract boolean         isEmpty()
abstract Iterator<E>     iterator()
abstract boolean         remove(Object object)
abstract boolean         removeAll(Collection<?> collection)
abstract boolean         retainAll(Collection<?> collection)
abstract int             size()
abstract <T> T[]         toArray(T[] array)
abstract Object[]         toArray()

三、實現子類

（1）HashSet : 底層數據結構採用哈希表實現，元素無序且惟一，線程不安全，效率高，能夠存儲null元素，元素的惟一性是靠所存儲元素類型是否重寫hashCode()和equals()方法來保證的，若是沒有重寫這兩個方法，則沒法保證元素的惟一性。 

a、實現惟一性：

　　存儲元素首先會使用hash()算法函數生成一個int類型hashCode散列值，而後已經的所存儲的元素的hashCode值比較，若是hashCode不相等，則所存儲的兩個對象必定不相等，此時存儲當前的新的hashCode值處的元素對象；若是hashCode相等，存儲元素的對象仍是不必定相等，此時會調用equals()方法判斷兩個對象的內容是否相等，若是內容相等，那麼就是同一個對象，無需存儲；若是比較的內容不相等，那麼就是不一樣的對象，就該存儲了，此時就要採用哈希的解決地址衝突算法，在當前hashCode值處相似一個新的鏈表， 在同一個hashCode值的後面存儲存儲不一樣的對象，這樣就保證了元素的惟一性。

b、實現不重複

　　HashSet也同樣他是使用了一種標識來肯定元素的不重複，HashSet用一種算法來保證HashSet中的元素是不重複的， HashSet採用哈希算法，底層用數組存儲數據。默認初始化容量16，加載因子0.75。 

　　Object類中的hashCode()的方法是全部子類都會繼承這個方法，這個方法會用Hash算法算出一個Hash（哈希）碼值返回，HashSet會用Hash碼值去和數組長度取模， 模（這個模就是對象要存放在數組中的位置）相同時纔會判斷數組中的元素和要加入的對象的內容是否相同，若是不一樣纔會添加進去。 

　　　　

　　覆蓋hashCode()方法的原則：
　　一、必定要讓那些咱們認爲相同的對象返回相同的hashCode值
　　二、儘可能讓那些咱們認爲不一樣的對象返回不一樣的hashCode值，不然，就會增長衝突的機率。
　　三、儘可能的讓hashCode值散列開（兩值用異或運算可以使結果的範圍更廣）
c、HashSet的實現

　  HashSet 的實現比較簡單，相關HashSet的操做，基本上都是直接調用底層HashMap的相關方法來完成，咱們應該爲保存到HashSet中的對象覆蓋hashCode()和equals()，由於再將對象加入到HashSet中時：

　　首先調用hashCode方法計算出對象的hash值，接着根據此hash值調用HashMap中的hash方法，獲得的值& (length-1)獲得該對象在hashMap的transient Entry[] table中的保存位置的索引，接着找到數組中該索引位置保存的對象，並調用equals方法比較這兩個對象是否相等，若是相等則不添加；

　　注意：因此要存入HashSet的集合對象中的自定義類必須覆蓋hashCode(),equals()兩個方法，才能保證集合中元素不重複。在覆蓋equals()和hashCode()方法時， 要使相同對象的hashCode()方法返回相同值，覆蓋equals()方法再判斷其內容。爲了保證效率，因此在覆蓋hashCode()方法時，也要儘可能使不一樣對象儘可能返回不一樣的Hash碼值。

（2）、LinkedHashSet底層數據結構採用鏈表和哈希表共同實現，鏈表保證了元素的順序與存儲順序一致，哈希表保證了元素的惟一性。線程不安全，效率高。

（3）、TreeSet底層數據結構採用二叉樹來實現，元素惟一且已經排好序；惟一性一樣須要重寫hashCode和equals()方法，二叉樹結構保證了元素的有序性。根據構造方法不一樣，分爲天然排序（無參構造）和比較器排序（有參構造）。

　　天然排序要求元素必須實現Compareable接口，並重寫裏面的compareTo()方法，元素經過比較返回的int值來判斷排序序列，返回0說明兩個對象相同，不須要存儲；

　　比較器排鬚要在TreeSet初始化是時候傳入一個實現Comparator接口的比較器對象，或者採用匿名內部類的方式new一個Comparator對象，重寫裏面的compare()方法；

比較：

　　一、TreeSet 是二叉樹（紅黑樹的樹據結構）實現的,Treeset中的數據是自動排好序的，不容許放入null值； 
　　二、HashSet 是哈希表實現的,HashSet中的數據是無序的，能夠放入null，但只能放入一個null，二者中的值都不能重複，就如數據庫中惟一約束 ；
　　三、HashSet要求放入的對象必須實現HashCode()方法，放入的對象，是以hashcode碼做爲標識的，而具備相同內容的String對象，hashcode是同樣，因此放入的內容不能重複。可是同一個類的對象能夠放入不一樣的實例；

　　適用場景分析:HashSet是基於Hash算法實現的，其性能一般都優於TreeSet。爲快速查找而設計的Set，咱們一般都應該使用HashSet，在咱們須要排序的功能時，咱們才使用TreeSet。

6、List和Set的比較

（1）、List,Set都是繼承自Collection接口；

（2）、List特色：元素有放入順序，元素可重複 ；Set特色：元素無放入順序，元素不可重複，重複元素會覆蓋掉；

（3）、Set：檢索元素效率低下，刪除和插入效率高，插入和刪除不會引發元素位置改變。 
　　　  List：和數組相似，List能夠動態增加，查找元素效率高，插入刪除元素效率低，由於會引發其餘元素位置改變。 

 

原文：https://blog.csdn.net/feiyanaffection/article/details/81394745
http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3308513.html