Java Collections 框架

Collection（下称"对象集"） 指一个能够表示一组对象的对象（比如数组）。Java 平台提供了一个 Collections 框架，它是一个统一的架构，用来表示和处理对象集，同时又对每一个具体的对象集做了很多实现上的算法优化。

 

Collections 框架的主要优点有：

• 降低编程成本：这些数据结构和算法都已经摆在那里，你就不用自己实现了。
• 提升性能：提供的数据结构和算法实现都是高性能的。每个接口内部都提供了多种可以互相替代的实现，程序可以通过替换实现来进行性能调优。
• 提供了无关 API 间的内部交互：建立了一个通用的语义，给 API 传入和传出对象集。
• 更容易学习 API：你不需要学习一些特别的对象集 API。
• 更容易设计和实现 API：你不需要设计和实现一些特别的对象集 API.
• 促进软件复用：框架提供了标准的接口和实现，这本身就是很好的软件复用。

 

Collections 框架由以下部分组成：

• 对象集接口：表示不同的对象集类型，比如集合（set）、列表（list）、映射（map）等，这些接口形成了框架的基础。
• 通用实现：对象集接口的基本实现。
• 早期实现：一些像 Vector 和 Hashtable 这样在早期 java 版本中就提供的对象集实现，在当前版本也实现了对应的对象集接口。
• 特别目的的实现：适用于特定场景的实现，这些实现带来了特别的性能体验，但也包含一些使用限制和特殊的行为表现。
• 并发实现：为高并发用途而设计的实现。
• 封装实现：对其他实现添加了额外的功能，比如说同步功能。
• 传统实现：高性能的对象集“最小实现”。？？？
• 抽象实现：为了方便定制实现，实现一部分对象集接口。
• 算法：一组静态方法，提供用于对象集上的有用操作，比如列表的排序。
• 数组工具：用于操作原始类型数据或是引用对象数组的工具函数。不严格地说，这也是 Collections 框架的一部分，这个特性是跟 Collections 框架同步发布的，底层也用了一些共同基础逻辑。

 

对象集接口

 

对象集接口主要分为两大类：java.util.Collection 和 java.util.Map

java.util.Collection 的子接口包括：

• java.util.Set 

      普通集合接口

• java.util.SortedSet 

      有序集合接口，集合中的元素按照给定的顺序或自然顺序排序，该接口额外提供一些类似获取某个范围内的子集合这样的方法。

• java.util.NavigableSet 

      导航集合是在有序集合的基础上加上了一些导航访问方法。

• java.util.Queue 

      是一个先进先出的队列

• java.util.concurrent.BlockingQueue 

      在普通队列的基础上提供了"延迟满足"功能，具体是指从队列中获取元素时可以一直等待到队列有值，或者是往队列中放元素时可以一直等待直到队列有空间可用。
      BlockingQueue 处理生产者-消费者模式的多线程模型是一把好手。

• java.util.concurrent.TransferQueue 

      在 BlockingQueue 的基础上增加了对消息递送的保证，比如 transfer 方法有消费者接收到这个消息才返回。

• java.util.Deque 

      发音是“deck”，是一个双端队列，对队列头尾都可以操作。

• java.util.concurrent.BlockingDeque

      是在 Deque 的基础上增加了“延迟满足”功能。

 

java.util.Map 的子接口包括：

• java.util.SortedMap 

      在普通 Map 的基础上提供对 key 的有序存储，可以提供最小的 key，最大的 key，某个范围内的 key 的子 Map 这样的方法。

• java.util.NavigableMap 

      在 SortedMap 的基础上进一步提供一些导航访问功能。

• java.util.concurrent.ConcurrentMap 

      是线程安全的 Map
      在 Map 基础上提供了一些像 putIfAbsent 这样的原子方法

• java.util.concurrent.ConcurrentNavigableMap

      线程安全的 NavigableMap

 

上述接口中有很多方法被标注为可选的（optional），这意味着允许具体的实现类不实现这些方法，被调用到的时候直接抛出一个 UnsupportedOperationException 异常。

 

通用实现

下面这个表格总结了 Collections 框架中的通用实现类。

接口	HashTable	Resiable Array	Balanced Tree	Linked List	Hash Table + LinkedList
Set	HashSet		TreeSet		LinkedHashSet
List		ArrayList		LinkedList
Deque		ArrayDeque		LinkedList
Map	HashMap		TreeMap		LinkedHashMap

上述的通用实现类都实现了所有的可选操作，对他们装填的元素也没有任何限制。值得注意的是它们都不是线程安全的，另外所有新的实现都有 fail-fast 迭代器，就是在迭代的时候如果检测到容器结构被修改了，就抛出 ConcurrentModificationException 异常。

 

支持并发的对象集

在并发程序中使用对象集需要非常小心，好在 Collections 框架提供了多种对并发访问友好的 API，这些类型比同步的封装类好用多了。

 

支持并发的接口如下：

• BlockingQueue 
• TransferQueue 
• BlockingDeque 
• ConcurrentMap 
• ConcurrentNavigableMap

 

对应的实现类如下：

• LinkedBlockingQueue 
• ArrayBlockingQueue 
• PriorityBlockingQueue 
• DelayQueue 
• SynchronousQueue 
• LinkedBlockingDeque 
• LinkedTransferQueue 
• CopyOnWriteArrayList 
• CopyOnWriteArraySet 
• ConcurrentSkipListSet 
• ConcurrentHashMap 
• ConcurrentSkipListMap

 

设计哲学

主要的设计目标是产生一个小而精的对象集 API。

为了做到接口数量足够小，对于像可变性、可修改性这样的不同细节，不是通过多个接口来区分，而是通过接口的可选方法来实现。

为了让接口内部的方法足够少，这些方法必须满足下面的某个条件：

• 真的是一个基础操作
• 一些特别高效的实现，覆写了该方法后可以达到显著的性能提升

 

翻译自：http://docs.oracle.com/javase/7/docs/technotes/guides/collections/overview.html