Java集合基本介绍

比眉伴天荒 2022-05-18 11:14 234阅读 0赞

在Java中我们经常使用到集合，集合是帮我们存储数据的，可以理解为一个容器。

在JDK中集合类都在java.util包中，下面按照容器特性区分一下我们常用的集合：  
\- Collection： 集合中存储的是普通对象  
\- List： 有序，可重复  
\- Set：不可重复  
\- Queue： 有序，先进先出  
\- Map： 集合中存储的是成对出现的”键值对”对象

我们先来了解一下Collection，Collection是一个集合的比较顶层抽象接口，实现了Iterable接口，从而使得Collection所有的实现类都抽象出Iterator中的遍历方法。

注：对于接口继承接口，个人喜欢叫”实现”，而不喜欢叫”继承”，其实就是extents和implements的区别，一个叫法而已。

Collection接口抽象了Collection集合通用的一些方法，如add、remove、size、contains等。

Collection的子实现中常用的有三个接口List、Set和Queue，这三个接口分别抽象了他们的子实现的一些通用方法。下面我们一个个的来看。

### List ###

List接口实现Collection接口，并且新增了indexOf、lastIndexOf、subList等方法。

通过抽象出的这些和对象顺序有关的方法，我们可以知道List接口的子类实现元素都有序。

List也还是一个抽象的接口，下面再划分一下常用的List接口的子实现类：  
\- List  
\- ArrayList： 基于数组，线程不安全  
\- Vector：基于数组，线程安全  
\- LinkedList： 基于链表，线程不安全

#### ArrayList ####

transient Object[] elementData

ArrayList类中定义了一个成员变量elementData，是一个Object数组，ArrayList这个集合中的元素都存储在这个数组中。

private int size;

ArrayList类中定义了一个成员变量size，记录当前集合中存在的对象数量。

ArrayList的构造方法中可以传入一个参数initialCapacity，标识ArrayList初始化的时候数组的长度，也可以不传initialCapacity，使用默认值。

ArrayList的add方法（指所有添加元素方法，不止有add）就是往elementData数组中添加元素。

但是数组存在下标越界的问题，所以ArrayList在每次add方法之前都会检查数组中是否有剩余空间，如果没有足够空间就会扩容。

#### Vector ####

Vector的实现方式和ArrayList基本一致，但是Vector是线程安全的。

Vector几乎对所有的方法都加上了synchronized锁，所以可以在多线程场景下保证线程安全。

Vector还有一个子类Stack，实现了”栈”的数据结构

##### Stack #####

Stack类继承了Vector类，具有Vector类的特性。

同时Stack类还提供了，push、pop、peek等方法，这些方法是基于Vector类中的方法去实现的，只是多了一层封装，使得Stack有了”栈”的特性（后进先出）。

#### LinkedList ####

LinkedList类实现了Deque（双向队列）接口，实现了Deque中抽象出的双向队列的方法。

transient Node<E> first;
    
    transient Node<E> last;

LinkedList定义了两个成员变量first和last，都是Node类型，使用Node组成可一个双向链表。

因为实现了List接口，所以LinkedList也支持根据索引来遍历元素。

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*  这里对List的几个常用的实现类多一个总结：  
    
    
     *  ArrayList：使用数组实现，相对于LinkedList查询快，增删慢，线程不安全
     *  LinkedList：使用双向链表实现，相对于ArrayList增删快，查询慢，线程不安全
     *  Vector：实现方式和ArrayList几乎一致，对大多数方法加锁，线程安全，但是效率低，开发中一般不会使用

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### Set ###

Set接口实现Collection接口，没有新增什么特别的接口。

A collection that contains no duplicate elements

但是我们通过Set接口的注释，可以知道Set接口没有重复元素，可以实现元素的去重。

Set也还是一个抽象的接口，下面再划分一下常用的Set接口的子实现类：  
\- Set  
\- HashSet： 使用HashMap的key存储元素，无序，不重复  
\- LinkedHashSet： 使用LinkedHashMap的key存储元素，有序，不重复  
\- TreeSet：基于数组，使用TreeMap的key存储元素，有序，不重复

#### HashSet ####

private transient HashMap<E,Object> map

HashSet类中定义了一个成员变量map，是一个HashMap，key是存储的元素，value是一个固定的Object。

HashSet充分利用了HashMap中key唯一的特性，使用hashCode和equals方法来确保元素的不重复，并且加快元素的查询速度。

具体HashMap是怎样保证key唯一的，等下面到HashMap的时候介绍。

HashSet还有一个子类常被用到，LinkedHashSet，保证了元素的存储顺序。

##### LinkedHashSet #####

正如HashSet是用HashMap实现元素唯一性的一样，LinkedHashSet是使用LinkedHashMap去实现元素的唯一性，并且利用LinkedHashMap中的双向链表实现元素的顺序。

因为LinkedHashSet还需要维护一个双向链表，所以LinkedHashSet的增删速度会比HashSet慢。

而进行遍历的话，因为LinkedHashSet维护了一个链表，所以遍历速度也是很快的。

#### TreeSet ####

和HashSet、LinkedHashSet一样，TreeSet也是使用TreeMap的key来存储元素的。

从上面的介绍中可以看到TreeSet也是有序的，但是TreeSet的有序和LinkedHashSet的有序是不一样的。

LinkedHashSet维护的顺序是进出容器的顺序，而TreeSet维护的是元素的大小。

元素的大小？

元素的大小指的是compareTo方法的结果，所以TreeSet中存储的元素必须要实现Comparable接口，重写compareTo方法，从而分出元素的大小。

### Queue ###

Queue接口实现Collection接口，并且新增了offer、poll、peek等方法。

通过抽象出的这些和操作队列有关的方法，我们可以知道Queue接口的子类实现都是队列。

Queue也还是一个抽象的接口，下面再划分一下常用的Queue接口的子实现类：

*  Queue  
    
    
     *  BlockingQueue： 阻塞式的Queue 接口  
        
        
         *  ArrayBlockingQueue：BlockingQueue的数组实现
         *  LinkedBlockingQueue：BlockingQueue的链表实现
     *  Deque：双向队列 接口  
        
        
         *  LinkedList：Deque的链表实现
         *  BolckingDeque：阻塞式的Deque  
            
            
             *  LinkedBlockingDeque： 阻塞式的LinkedList  
                LinkedList

#### BlockingQueue ####

BlockingQueue接口实现了Queue接口，并添加了put、take等阻塞式方法。

和Queue接口中定义的offer、poll方法存取元素不一样的是，put方法存元素的时候如果BlockingQueue长度已达到上限（实现类构造方法可设置BlockingQueue最大长度）会阻塞，take方法取元素的时候如果BlockingQueue中没有元素也会阻塞。

##### ArrayBlockingQueue #####

ArrayBlockingQueue类是BlockingQueue接口的一个实现类，使用数组来实现BlockingQueue，适用于查询多，增删少的场景（貌似不多）。

##### LinkedBlockingQueue #####

LinkedBlockingQueue类是BlockingQueue接口的一个实现类，使用链表来实现队列，适用于查询少，增删多的场景。

#### Deque ####

Deque接口实现了Queue接口，并添加了pollFirst、pollLast、offerFirst、offerLast等双向队列特性的方法。

#### LinkedList ####

LinkedList类在上面List部分已经介绍过了，使用双链表实现，同时具有List和Deque的特性。

##### LinkedBlockingDeque #####

LinkedBlockingDuque也很好理解，同时具有Deque双向队列的特性和BlockingQueue的阻塞式特性。

### Map ###

Map接口的实现类存储的元素都是”键值对”类型的，具有映射关系，键和值一一对应。

关于Map有一点我们需要知道的是，JDK是先实现了Map，然后针对一个个Map的实现类，将value值忽略就实现了一个个的Set，正如上面所说的，一个个Set都是基于Map来实现的。

Map接口定义了Map集合通用的一些方法，如put、keySet、values、size等。

下面划分一下Map接口常用的实现类  
\- Map  
\- HashMap：key唯一，无序，线程不安全  
\- LinkedHashMap：key唯一，有序，线程不安全  
\- HashTable：key唯一，无序，线程安全  
\- SortedMap：key唯一，有序 接口  
\- TreeMap：key唯一，有序

#### HashMap ####

HashMap是Map接口中最常用的一个实现类，底层采用数组+链表（红黑树）的方式来实现元素的存储。

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
        ...
    }

HashMap的构造方法中可以传入两个参数，initialCapacity表示数组的大小，loadFactor叫负载引子，用于计算HashMap什么时候该扩容。

首先HashMap会生成一个确定大小的数组，然后每个数组中存储一个链表（JDK1.8之后链表长度超过8会转成红黑树），下面列出put方法执行的一些规则：  
\- 1.计算数组长度，如果为空，执行扩容  
\- 2.根据key值计算hash值得到插入的数组下标  
\- 3.如果数组中没有链表（红黑树），则创建链表  
\- 4.如果数组中有链表，则遍历链表，将插入元素的value值和链表中的元素进行对比（equals方法），如果相同则替换，value和如果链表中元素都不相同，则将value插入到链表中  
\- 5.如果链表长度超过8，则将链表转成红黑树（JDK1.8+）  
\- 6.如果Map中元素数量达到数组长度\*loadFactor，再插入元素会进行扩容

HashMap还有个子类LinkedHashMap

##### LinkedHashMap #####

LinkedHashMap继承自HashMap，所以具有HashMap的特性，并且LinkedHashMap自己维护了双向链表，从而可以保证元素的存储顺序。

#### HashTable ####

正如ArrayList和Vector的关系一样，HashTable的实现方式和HashMap基本一致，但是HashTable对大多数方法添加了synchronized方法，所以HashTable能在多线程场景下实现线程安全。

因为HashTable使用的是方法锁，锁的是对象，所以会导致所有被synchronized修饰的方法都会互斥，导致性能比较低。而ConcurrentHashMap基于Lock实现，锁住的是一个个的segment，而不是整个对象，性能比HashTable高很多。

所以工作中用到线程安全的Map，基本都会使用ConcurrentHashMap，而不是HashTable，由于这篇文章主要是介绍JDK中的各种集合，所以就不往下深究线程安全的问题了。

#### TreeMap ####

TreeMap类实现了Map接口，同时还具有有序的特性，就像TreeSet一样，TreeMap保证key的有序性，同样的这里的有序指的也是conpareTo方法的结果.

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