Java数组与容器类分析资料--数组、List和Set、Map

Java容器分析--数组
    数组是Java语言内置的类型，除此之外，Java有多种保存对象引用的方式。Java类库提供了一套相当完整的容器类，使用这些类的方法可以保存和操纵对象。下面分别进行讨论，在研究Java容器类之前，先了解一下Java数组的基本功能和特性。

1.  数组的基本特性

         数组与其它种类的容器(List/Set/Map)之间的区别在于效率、确定的类型和保存基本类型数据的能力。数组是一种高效的存储和随机访问对象引用序列的方式，使用数组可以快速的访问数组中的元素。但是当创建一个数组对象(注意和对象数组的区别)后，数组的大小也就固定了，当数组空间不足的时候就再创建一个新的数组，把旧的数组中所有的引用复制到新的数组中。

         Java中的数组和容器都需要进行边界检查，如果越界就会得到一个RuntimeException异常。这点和C++中有所不同，C++中vector的操作符[]不会做边界检查，这在速度上会有一定的提高，Java的数组和容器会因为时刻存在的边界检查带来一些性能上的开销。

         Java中通用的容器类不会以具体的类型来处理对象，容器中的对象都是以Object类型处理的，这是Java中所有类的基类。另外，数组可以保存基本类型，而容器不能，它只能保存任意的Java对象。

         一般情况下，考虑到效率与类型检查，应该尽可能考虑使用数组。如果要解决一般化的问题，数组可能会受到一些限制，这时可以使用Java提供的容器类。 

2.  操作数组的实用功能

         在java.util.Arrays类中，有许多static静态方法，提供了操作数组的一些基本功能：

         equals()方法----用于比较两个数组是否相等，相等的条件是两个数组的元素个数必须相等，并且对应位置的元素也相等。

         fill()方法----用以某个值填充整个数组，这个方法有点笨。

         asList()方法----接受任意的数组为参数，将其转变为List容器。

         binarySearch()方法----用于在已经排序的数组中查找元素，需要注意的是必须是已经排序过的数组。当Arrays.binarySearch()找到了查找目标时，该方法将返回一个等于或大于0的值，否则将返回一个负值，表示在该数组目前的排序状态下此目标元素所应该插入的位置。负值的计算公式是“-x-1”。x指的是第一个大于查找对象的元素在数组中的位置，如果数组中所有的元素都小于要查找的对象，则x = a.size()。如果数组中包含重复的元素，则无法保证找到的是哪一个元素，如果需要对没有重复元素的数组排序，可以使用TreeSet或者LinkedHashSet。另外，如果使用Comparator排序了某个对象数组，在使用该方法时必须提供同样的Comparator类型的参数。需要注意的是，基本类型数组无法使用Comparator进行排序。

         sort()方法----对数组进行升序排序。

         在Java标准类库中，另有static方法System.arraycopy()用来复制数组，它针对所有类型做了重载。

 3.  数组的排序

         在Java1.0和1.1两个版本中，类库缺少基本的算法操作，包括排序的操作，Java2对此进行了改善。在进行排序的操作时，需要根据对象的实际类型执行比较操作，如果为每种不同的类型各自编写一个不同的排序方法，将会使得代码很难被复用。一般的程序设计目标应是“将保持不变的事物与会发改变的事物相分离”。在这里，不变的是通用的排序算法，变化的是各种对象相互比较的方式。

Java有两种方式来实现比较的功能，一种是实现java.lang.Comparable接口，该接口只有一个compareTo()方法，并以一个Object类为参数，如果当前对象小于参数则返回负值，如果相等返回零，如果当前对象大于参数则返回正值。另一种比较方法是采用策略(strategy)设计模式，将会发生变化的代码封装在它自己的类(策略对象)中，再将策略对象交给保持不变的代码中，后者使用此策略实现它的算法。因此，可以为不同的比较方式生成不同的对象，将它们用在同样的排序程序中。在此情况下，通过定义一个实现了Comparator接口的类而创建了一个策略，这个策略类有compare()和equals()两个方法，一般情况下实现compare()方法即可。

使用上述两种方法即可对任意基本类型的数组进行排序，也可以对任意的对象数组进行排序。再提示一遍，基本类型数组无法使用Comparator进行排序。

Java标准类库中的排序算法针对排序的类型进行了优化——针对基本类型设计了“快速排序”，针对对象设计的“稳定归并排序”。一般不用担心其性能。

 Java容器分析--List和Set

容器类可以大大提高编程效率和编程能力，在Java2中，所有的容器都由SUN公司的Joshua Bloch进行了重新设计，丰富了容器类库的功能。

         Java2容器类类库的用途是“保存对象”，它分为两类：

Collection----一组独立的元素，通常这些元素都服从某种规则。List必须保持元素特定的顺序，而Set不能有重复元素。

Map----一组成对的“键值对”对象，即其元素是成对的对象，最典型的应用就是数据字典，并且还有其它广泛的应用。另外，Map可以返回其所有键组成的Set和其所有值组成的Collection，或其键值对组成的Set，并且还可以像数组一样扩展多维Map，只要让Map中键值对的每个“值”是一个Map即可。

1.迭代器

       迭代器是一种设计模式，它是一个对象，它可以遍历并选择序列中的对象，而开发人员不需要了解该序列的底层结构。迭代器通常被称为“轻量级”对象，因为创建它的代价小。

       Java中的Iterator功能比较简单，并且只能单向移动：

(1)    使用方法iterator()要求容器返回一个Iterator。第一次调用Iterator的next()方法时，它返回序列的第一个元素。

(2)    使用next()获得序列中的下一个元素。

(3)    使用hasNext()检查序列中是否还有元素。

(4)    使用remove()将迭代器新返回的元素删除。

Iterator是Java迭代器最简单的实现，为List设计的ListIterator具有更多的功能，它可以从两个方向遍历List，也可以从List中插入和删除元素。

2.List的功能方法

List(interface): 次序是List最重要的特点；它确保维护元素特定的顺序。List为Collection添加了许多方法，使得能够向List中间插入与移除元素(只推荐LinkedList使用)。一个List可以生成ListIterator，使用它可以从两个方向遍历List，也可以从List中间插入和删除元素。

ArrayList: 由数组实现的List。它允许对元素进行快速随机访问，但是向List中间插入与移除元素的速度很慢。ListIterator只应该用来由后向前遍历ArrayList，而不是用来插入和删除元素，因为这比LinkedList开销要大很多。

LinkedList: 对顺序访问进行了优化，向List中间插入与删除得开销不大，随机访问则相对较慢(可用ArrayList代替)。它具有方法addFirst()、addLast()、getFirst()、getLast()、removeFirst()、removeLast()，这些方法(没有在任何接口或基类中定义过)使得LinkedList可以当作堆栈、队列和双向队列使用。

3.Set的功能方法

Set(interface): 存入Set的每个元素必须是唯一的，因为Set不保存重复元素。加入Set的Object必须定义equals()方法以确保对象的唯一性。Set与Collection有完全一样的接口。Set接口不保证维护元素的次序。

HashSet: 为快速查找而设计的Set。存入HashSet的对象必须定义hashCode()。

TreeSet: 保持次序的Set，底层为树结构。使用它可以从Set中提取有序的序列。

LinkedHashSet: 具有HashSet的查询速度，且内部使用链表维护元素的顺序(插入的次序)。于是在使用迭代器遍历Set时，结果会按元素插入的次序显示。

       HashSet采用散列函数对元素进行排序，这是专门为快速查询而设计的；TreeSet采用红黑树的数据结构进行排序元素；LinkedHashSet内部使用散列以加快查询速度，同时使用链表维护元素的次序，使得看起来元素是以插入的顺序保存的。需要注意的是，生成自己的类时，Set需要维护元素的存储顺序，因此要实现Comparable接口并定义compareTo()方法。

 Java容器分析--Map

   标准的Java类库中包含了几种类型的Map，它们都拥有同样的基本接口Map，但是行为特性各不相同，主要表现在效率、键值对的保存、元素呈现次序、对象的保存周期和判定键是否等价的策略等方面。

1.Map的功能方法

Map(interface): 维护label和value的关联性，使得可以通过label查找value。

HashMap: Map基于散列表的实现，取代了Hashtable。插入和查询label/value的开销是固定的，并且可以通过构造器设置容量和负载因子，以调整容器的性能。

LinkedHashMap: 在HashMap的基础上做了一些改进，在迭代遍历它时，取得label/value的顺序是其插入的次序，或者是最近最少使用(LRU)的次序，速度上比HashMap要慢一点，但在迭代访问时速度会更快，主要原因是它使用了链表维护内部次序。

TreeMap: 查看label或label/value时，元素会被排序，其次序由Comparable或Comparator决定，因此查询所得到的结果是经过排序的。另外，它是唯一带有subMap()方法的Map具体类，即返回一个子树。它也是SortedMap接口的唯一实现，subMap()方法也是从该接口继承的。

WeakHashMap: Weak Key映射，允许释放映射所指向的对象。当映射之外没有引用指向某个label时，此label可以被垃圾收集器回收。

IdentityHashMap: 使用==代替equals()对label进行比较的散列映射。

2.hashCode()

         当使用标准库中的类Integer作为HashMap的label时，程序能够正常运行，但是使用自己创建的类作为HashMap的label时，通常犯一个错误。

         在HashMap中通过label查找value时，实际上是计算label对象地址的散列码来确定value的。一般情况下，我们是使用基类Object的方法hashCode()来生成散列码，它默认是使用对象的地址来计算的，因此由第一个对象new Apple(5)和第二个对象new Apple(5)生成的散列码是不同的，不能完成正确的查找。通常，我们可以编写自己的hashCode()方法来覆盖基类的原始方法，但与此同时，我们必须同时实现equals()方法来判断当前的label是否与表中存在的label相同。正确的equals()方法满足五个条件：

(1)     自反性。对于任意的x，x.equals(x)一定返回true。

(2)     对称性。对于任意的x和y，如果y.equals(x)返回true，则x.equals(y)也返回true。

(3)     传递性。对于任意的x、y、z，如果有x.equals(y)返回true，y.equals(z)返回true，则x.equals(z)一定返回true。

(4)     一致性。对于任意的x和y，如果对象中用于等价比较的信息没有改变，那么无论调用x.equals(y)多少次，返回的结果应该保持一致，要么一直是true，要么一直是false。

(5)     对任何不是null的x，x.equals(null)一定返回false。

equals()比较的是对象的地址，如果要使用自己的类作为HashMap的label，必须同时重载hashCode()和equals()方法。

使用散列的目的：想要使用一个对象来查找另一个对象。使用TreeSet或TreeMap也能实现此目的。另外，还可以自己实现一个Map，此时，必须提供Map.entrySet()方法来生成Map.Entry对象的Set。

使用散列的价值：速度，散列使得查询可以快速进行。散列将label保存载数组中方便快速查询，因为存储一组元素最快的数据结构是数组，用它来表示label的信息(后面有信息的描述)，而不是label本身。通过label对象计算得到一个数字，作为数组的下标，这个数字就是散列码(即前面所述的信息)。该散列码具体是通过定义在基类Object中，可能由程序员自定义的类覆盖的hashCode()方法，即散列函数生成。为了解决数组容量带来的限制，可以使不同的label生成相同的下标，保存在一个链表list中，每一个链表就是数组的一个元素。查询label时就可以通过对list中的信息进行查找，当散列函数比较好，数组的每个位置中的list长度较短，则可以快速查找到数组元素list中的某个位置，提高了整体速度。

散列表中的slot通常称为bucket，为了使散列分步均匀，bucket的值一般取质数。但事实证明，质数实际上并不是散列bucket的理想容量，近来Java散列实现都使用2的幂，具体如何验证以后再续。

3.HashMap的性能因子

容量(capacity): 散列表中bucket的数量。

初始化容量(initial capacity): 创建散列表时bucket的数量。可以在构造方法中指定HashMap和HashSet的初始化容量。

尺寸(size): 散列表中记录的数量。(数组的元素个数，非list中元素总和)

负载因子(load factor): 尺寸/容量。负载因子为0，表示空的散列表，0.5表示半满的散列表。轻负载的散列表具有冲突少，适宜插入与查询的特点，但是使用迭代器遍历会比较慢。较高的负载会减少所需空间大小。当负载达到指定值时，容器会自动成倍地增加容量，并将原有的对象重新分配，存入新的bucket中，这个过程称为“重散列”。

4.重写hashCode()的关键

(1)     对同一个对象调用hashCode()都应该生成同样的值。

(2)     hashCode()方法不要依赖于对象中易变的数据，当数据发生变化时，hashCode()就会生成一个不同的散列码，即产生了一个不同的label。

(3)     hashCode()不应依赖于具有唯一性的对象信息，例如对象地址。

(4)     散列码应该更关心速度，而不是唯一性，因为散列码不必是唯一的。

(5)     好的hashCode()应该产生分步均匀的散列码。在Effective Java(Addison-Wesley 2001)中，Joshua Bloch给hashCode()给出了设计指导，可以参考。

编写正确高效的hashCode()和equals()可以参考Apache的Jakarta Commons项目中的工具。
 java集合类总结

 对象的集合
如果程序的对象数量有限，且寿命可知，那么这个程序是相当简单的。

数组
数组与其它容器的区别体现在三个方面：效率，类型识别以及可以持有primitives。数组是Java提供的，能随机存储和访问reference序列的诸多方法中的，最高效的一种。数组是一个简单的线性序列，所有它可以快速的访问其中的元素。但是速度是有代价的；当你创建了一个数组之后，它的容量就固定了，而且在其生命周期里不能改变。也许你会提议先创建一个数组，等到快不够用的时候，再创建一个新的，然后将旧的数组里的reference全部导到新的里面。其实（我们以后会讲的）ArrayList就是这么做的。但是这种灵活性所带来的开销，使得ArrayList的效率比起数组有了明显下降。
Java对数组和容器都做边界检查；如果过了界，它旧会给一个RuntimeException。这种异常表明这个错误是由程序员造成的，这样你就用不着再在程序里面检查了。
还有一些泛型容器类包括List，Set和Map。他们处理对象的时候就好像这些对象都没有自己的具体类型一样。也就是说，容器将它所含的元素都看成是（Java中所有类的根类）Object的。这样你只需要建一种容器，就能把所有类型的对象全都放进去。从这个角度来看，这种做法很不错（只是苦了 primitive。如果是常量，你还可以用Java的primitive的Wrapper类；如果是变量，那就只能放在你自己的类里了）。与其他泛型容器相比，这里体现数组的第二革优势：创建数组的时候，你也同时指明了它所持有的对象的类型（这又引出了第三点－－数组可以持有primitives，而容器却不行）。也就是说，它会在编译的时候作类型检查，从而防止你插入错误类型的对象，或者是在提取对象的时候把对象的类型给搞错了。Java在编译和运行时都能阻止你将一个不恰当的消息传给对象。所有这并不是说使用容器就有什么危险，只是如果编译器能够帮你指定，那么程序运行会更快，最终用户也会较少收到程序运行异常的骚扰。
从效率和类型检查的角度来看，使用数组总是没错的。但是，如果你在解决一个更为一般的问题，那数组就会显得功能太弱了点。

数组是第一流的对象
不管你用的是那种类型的数组，数组的标识符实际上都是一个“创建在堆（heap）里的实实在在的对象的”reference。实际上是那个对象持有其他对象的reference。你即可以用数组的初始化语句，隐含地创建这个对象，也可以用new表达式，明确地创建这个对象，只读的length属性能告诉你数组能存储多少元素。它是数组对象的一部分（实际上也是你唯一能访问的属性或方法）。‘[]’语法是另一条访问数组对象的途径。
你没法知道数组里面究竟放了多少元素，因为length只是告诉你数组能放多少元素，也就是说是数组对象的容量，而不是它真正已经持有的元素的数量。但是，创建数组对象的时候，它所持有的reference都会被自动地初始化为null，所以你可以通过检查数组的某个“槽位”是否为null，来判断它是否持有对象。以此类推，primitive的数组，会自动来数字初始化为零，字符初始化为(char)0，boolean初始化为false。

primitive容器
容器类只能持有Object对象的reference。而数组除了能持有Objects的reference之外，还可以直接持有primitive。当然可以使用诸如Integer，Double之类的wrapper类。把primitive的值放到容器中，淡这样总有点怪怪的。此外， primitive数组的效率要比wrapper类容器的高出许多。
当然，如果你使用primitive的时候，还需要那种“能随需要自动扩展的”容器类的灵活性，那就不能用数组了。你只能用容器来存储primitive的wrapper类。

返回一个数组
假设你写了一个方法，它返回的不是一个而是一组东西。那么在Java中就可以返回的“就是一个数组”。与C++不同，你永远也不必为Java的数组操心－－只要你还需要它，它就还在；一旦你用完了，垃圾回收器会帮你把它打扫干净。

Arrays类
java.util里面有一个Arrays类，它包括了一组可用于数组的static方法，这些方法都是一些实用工具。其中有四个基本方法：用来比较两个数组是否相等的equals()；用来填充的fill()；用来对数组进行排序的sort()；以及用于在一个已排序的数组中查找元素的 binarySearch()。所有这些方法都对primitive和Object进行了重载。此外还有一个asList()方法，它接受一个数组，然后把它转成一个List容器。
虽然Arrays还是有用的，但它的功能并不完整。举例来说，如果它能让我们不用写for循环就能直接打印数组，那就好了。此外，正如你所看到的fill()只能用一个值填数组。所以，如果你想把随即生成的数字填进数组的话，fill()是无能为力的。

复制一个数组
Java标准类库提供了一个System.arraycopy()的static方法。相比for循环，它能以更快的速度拷贝数组。System.arraycopy()对所有类型都作了重载。
对象数组和primitive数组都能拷贝。但是如果你拷贝的是对象数组，那么你只拷贝了它们的reference－－对象本身不会被拷贝。这被成为浅拷贝（shallow copy）。

数组的比较
为了能比较数组是否完全相等，Arrays提供了经重载的equals()方法。当然，也是针对各种primitive以及Object的。两个数组要想完全相等，他们必须有相同数量的元素，而且数组的每个元素必须与另一个数组的相对应的位置上的元素相等。元素的相等姓，用equals()判断。（对于 primitive，它会使用其wrapper类的equals()；比如int使用Integer.equals()。）。

数组元素的比较
Java里面有两种能让你实现比较功能的方法。一是实现java.lang.Comparable接口，并以此实现类“自有的”比较方法。这是一个很简单的接口，它只有一个方法compareTo()。这个方法能接受另一个对象作为参数，如果现有对象比参数小，它就会返回一个负数，如果相同则返回零，如果现有的对象比参数大，它就返回一个正数。
static randInt()方法会生成一个介于0到100之间的正数。
现在架设，有人给你一个没有实现Comparable接口的类，或者这个类实现了Comparable接口，但是你发现它的工作方式不是你所希望的，于是要重新定义一个新的比较方法。Java没有强求你一定要把比较代码塞进类里，它的解决方案是使用“策略模式（strategy design pattern）”。有了策略之后，你就能把会变的代码封装到它自己的类里（即所谓的策略对象strategy object）。你把策略对象交给不会变的代码，然后用它运用策略完成整个算法。这样，你就可以用不同的策略对象来表示不同的比较方法，然后把它们都交给同一个排序程序了。接下来就要“通过实现Comparator接口”来定义策略对象了。这个接口有两个方法compare()和equals()。但是除非是有特殊的性能要求，否则你用不着去实现equals()。因为只要是类，它就都隐含地继承自Object，而Object里面已经有了一个 equals()了。所以你尽可以使用缺省的Object的equals()，这样就已经满足接口的要求了。
Collections类里专门有一个会返回与对象自有的比较法相反的Comparator的方法。它能很轻易地被用到CompType上面。
Collections.reverseOrder()返回了一个Comparator的reference。
compare()方法会根据第一个参数是小于，等于还是大于第二个参数，分别返回负整数，零或是正整数。

数组的排序
有了内置的排序方法之后，你就能对任何数组排序了，不论是primitive的还是对象数组的，只要它实现了Comparable接口或有一个与之相关的Comparator对象就行了。
Java标准类库所用的排序算法已经作了优化－－对primitive，它用的是“快速排序（Quicksort）”，对对象，它用的是“稳定合并排序（stable merge sort）”。所以除非是prolier表明排序算法是瓶颈，否则你不用为性能担心。

查询有序数组
一旦数组排完序，你就能用Arrays.binarySearch()进行快速查询了。但是切忌对一个尚未排序的数组使用binarySearch()；因为这么做的结果是没意义的。
如果Arrays.binarySearch()找到了，它就返回一个大于或等于0的值。否则它就返回一个负值，而这个负值要表达的意思是，如果你手动维护这个数组的话，这个值应该插在哪个为止。这个值就是：
-(插入点)-1
“插入点”就是，在所有“比要找的那个值”更大值中，最小的那个值的下标，或者，如果数组中所有的值都比要找的值小，它就是a.size()。
如果数组里面有重复元素，那它不能保证会返回哪一个。这个算法不支持重复元素，不过它也不报错。所以，如果你需要的是一个无重复元素的有序序列的话，那么可以考虑使用本章后面所介绍的TreeSet（支持【排序顺序“sorted order”】）和LinkedHashSet（支持【插入顺序“sorted order”】）。这两个类会帮你照看所有细节。只有在遇到性能瓶颈的时候，你才应该用手动维护的数组来代替这两个类。
如果排序的时候用到了Comparator（针对对象数组，primitive数组不允许使用Comparator），那么binarySearch()的时候，也必须使用同一个Comparator（用这个方法的重载版）。

数组部分的总结
总而言之，如果你要持有一组对象，首选，同时也是效率最高的选择，应该是数组。而且，如果这是一组primitive的话，你也只能用数组。还有一些更为一般的情况，也就是写程序的时候还不知道要用多少对象，或者要用一种更复杂方式来存储对象情况。为此，Java提供了“容器类（container class）”。其基本类型有List，Set和Map。
它们还有一些别的特性。比方说Set所持有的对象，个个都不同，Map则是一个“关联性数组（associative array）”，它能在两个对象之间建立联系。此外，与数组不同，它们还能自动调整大小，所以你可以往里面放任意数量的对象。

容器简介
Java2的重新设计了1.0和1.1里面那个表现差劲的容器类。新的设计更紧凑也更合理。同时它也补齐了容器类库的功能，提供了链表（linked list），队列（queue）和双向队列（deques，读成“decks”）这几种数据结构的功能。
Java2的容器类要解决“怎样持有对象”，而它把这个问题分成两类：
1。Collection：通常是一组有一定规律的独立元素。List必须按照特定的顺序持有这些元素，而Set则不能保存重复的元素。（bag没有这个限制，但是Java的容器类库没有实现它，因为List已经提供这种功能了）
2。Map：一组以“键－－值”（key-value）形式出现的pair。初看上去，它应该是一个pair的Collection，但是真这么去做的话，它就会变得很滑稽，所以还是把这个概念独立列出来为好。退一步说，真的要用到Map的某个自己的时候，创建一个Collection也是很方便的。 Map可以返回“键（key）的”Set，值的Collection，或者pair的Set。和数组一样，Map不需要什么修改，就能很容易地扩展成多维。你只要直接把Map的值设成Map就可以了（然后它的值再是Map，依此类推）。
Java的容器类分成两种基本类型。它们的区别就在，每个位置能放多少对象。Collection只允许每个位置上放一个对象（这个名字有点误导，因为容器类库也常被统称为collections）。它包括“以一定顺序持有一组对象”的List，以及“只能允许添加不重复的对象”的Set。 ArrayList是一种List，而HashSet则是一种Set。你可以用add()方法往Collection里面加对象。
Map保存的是“键（key）－－值”形式的pair，很像是一个微型数据库。
Map又被称为关联性数组（associative array）。你可以用put()方法往Map里面加元素。它接受键－－值形式pair作参数。
fill()方法还为Collection和Map作了重载。输出在默认情况下使用容器类的toString()方法。打印出来的Collection会用方括号括起来，元素与元素之间用逗号分开。Map会用花括号括起来，键和值之间用等号联起来（键在左边，值在右边）。
List会老老实实地持有你所输入的所有对象，既不做排序也不做编辑。Set则每个对象只接受一次，而且还要用它自己的规则对元素进行重新排序（一般情况下，你关心的只是Set包没包括某个对象，而不是它到底排在哪里－－如果是那样，你最好还是用List）。而Map也不接收重复的pair，至于是不是重复，要由key来决定。此外，它也有它自己的内部排序规则，不会受输入顺序影响。如果插入顺序是很重要的，那你就只能使用LinkedHashSet或 LinkedHashMap了。

填充容器
和Arrays一样，Collection也有一个叫Collections的辅助类，它包含了一些静态的实用工具方法，其中就有一个fill()。这个 fill()也只是把同一个对象的reference复制到整个容器，而且它还只能为List，不能为Set和Map工作。

容器的缺点：不知道对象的类型
Java的容器有个缺点，就是往容器里面放对象的时候，会把对象的类型信息给弄丢了。这是因为开发容器类的程序员不会知道你要用它来保存什么类型的对象，而让容器仅只保存特定类型的对象又会影响它的通用性。所以容器被做成只有持有Object，也就是所有对象的根类的reference，这样它就能持有任何类型的对象了。（当然不包括primitive，因为它们不是对象，也没有继承别的对象。）这是一个很了不起的方案，只是：
1，由于在将对象放入容器的时候，它的类型信息被扔掉了，所以容器对“能往里面加什么类型的对象”没有限制。比方说，即使你想让它只持有cat，别人也能很轻易地把dog放进去。
2，由于对象的类型信息没了，容器只知道它持有的Object的reference，所以对象在使用之前还必须进行类型转换。
好的一面是，Java不会让你误用放进容器里的对象。假设你往cat的容器里面扔了个dog，然后要把这个容器里的所有对象都当cat来用，当你把dog 的reference从cat的容器里面拉出来，并且试图将它转换成cat的时候，就会引发一个RuntimeException。
ArrayList的用法也是很简单：先创建一个，用add()把对象放进去，要用的时候再给get()传一个下标－－就跟用数组差不多，只是不需要用方括号了。ArrayList也有一个size()方法，它会告诉你容器里面有多少对象，这样你就不会粗心大意地过了界然后引发异常了。

有时即使不正确它也能运行
有时，即使不把对象转换成原先的类型，它好像也能正常工作。有一种情况比较特殊：String能从编译器哪里得到一些能使之平稳工作的特殊帮助。只要编译器没能得到它所期望的String对象，它就会调用toString()。这个方法油Object定义，能被任何Java类覆写。它所返回的String 对象，会被用到任何要用它的地方。
于是只要覆写了类的toString()方法，你就能打印对象了。

做一个类型敏感的ArrayList

参数化类型（Parameterized types）

迭代器
无论是哪种容器，你都得有办法既能放东西进去，也能拿东西出来。毕竟，容器的主要任务就是存放对象。ArrayList的add()就是用来放东西的，而 get()则是把对象拿出来的办法。ArrayList恨灵活；你可以随时提取任何东西，并且换一个下标，马上就能选择另一个元素。
“迭代器（iterator 又是一个设计模式）”是一个对象，它的任务是，能在让“客户程序在不知道，或者不关心他所处理的是什么样的底层序列结构”的情况下，就能在一个对象序列中前后移动，并选取其中的对象。此外迭代器还是一种通常所说的“轻量级”的对象，既创建代价很小的对象。
Java的Iterator就属于有这种限制的迭代器。它做不了很多事情，除了：
1，用iterator()方法叫容器传给你一个Iterator对象。第一次调用Iterator的next()方法的时候，它就会传给你序列中的第一个元素。
2，用next()方法获取序列中的下一个对象。
3，用hasNext()方法查询序列中是否还有其他对象。
4，用remove()方法删除迭代器所返回的最后一个元素。
就这么多了。这只是迭代器的一个恨简单的实现，不过还是很强大（对List来说，还有一个更精巧的ListIterator）。

不经意的递归（Unintended recursion）
由于Java的标准容器类（同其它类一样）也是继承Object的，因此它们也有一个toString()方法。这个方法已经被覆写了，所以它能生成一个表示它自己以及所有它所保存的对象的String。比如ArrayList的toString()方法就会遍历ArrayList的每个元素，然后调用它们的toString()方法。假设你要打印类的地址。好像最直接的办法就是使用this。但是会出现很多异常，解决的办法就是去调用Object的 toString()方法，它就是干这活的。所以不要用this，应该写super.toString()。

容器分类学
根据编程的需要，Collection和Map分别有好几个实现。实际上只有三种容器组件－－Map，List和Set，而每种又有两到三个实现。
与存放对象有关的接口包括Collection, List, Set和Map。在理想情况下，绝大多数代码应该只同这些接口打交道，只是在创建容器的时候才要精确地指明它的确切类型。
add()，就像它的名字告诉我们的，会把新的元素放进Collection。但是文档里面特别仔细地声明，“add()会确保容器包含指定的元素”。这句话是说给Set的，因为它只添加原先没有的元素，对ArrayList或其他List，add()总是“把它放进去”，因为List并不关心它是不是保存了相同的元素。
Collection都能用iterator()方法产生一个Iterator。这里，我们用Iterator来遍历整个Collection，然后把他们打印出来。

Collection的功能
下面这张表给出了Collection的所有功能，也就是你能用Set和List做什么事（不包括从Object自动继承过来的方法）。（List还有一些额外的功能。）Map不是继承Collection的，所以我们会区别对待。

boolean add(Object)：确保容器能持有你传给它的那个参数。如果没有把它加进去，就返回false。（这是个“可选”的方法，本章稍后会再作解释。）
boolean addAll(Collection)：加入参数Collection所含的所有元素。只要加了元素，就返回true。
void clear()：清除容器所保存的所有元素。（“可选”）
boolean contains(Object)：如果容器持有参数Object，就返回true。
boolean containsAll(Collection)：如果容器持有参数Collection所含的全部元素，就返回true。
boolean isEmpty()：如果容器里面没有保存任何元素，就返回true。
Iterator iterator()：返回一个可以在容器的各元素之间移动的Iterator。
boolean removeAll(Collection)：删除容器里面所有参数Collection所包含的元素。只要删过东西，就返回true。（“可选”）
boolean retainAll(Collection)：只保存参数Collection所包括的元素（集合论中“交集”的概念）。如果发生过变化，则返回true。（“可选”）
int size()：返回容器所含元素的数量。
Object[] toArray()：返回一个包含容器中所有元素的数组。
Object[] toArray(Object[] a)：返回一个包含容器中所有元素的数组，且这个数组不是普通的Object数组，它的类型应该同参数数组a的类型相同（要做类型转换）。
注意，这里没有能进行随机访问的get()方法。这是因为Collection还包括Set。而Set有它自己的内部顺序（因此随即访问事毫无意义的）。所以如果你要检查Collection的元素，你就必须使用迭代器。
接下来讲List, Set和Map的各种实现了，每讲一种容器，我都会（用星号）告诉你默认情况下应该选用哪种实现。

List的功能
List的基本用法事相当将但的。虽然绝大多数时候，你只是用add()加对象，用get()取对象，用iterator()获取这个序列的Iterator，但List还有一些别的很有用的方法。
实际上有两种List：擅长对元素进行随机访问的，较常用的ArrayList，和更强大的LinkedList。LinkedList不是为快速的随机访问而设计的，但是它却有一组更加通用的方法。
Lisk（接口）：List的最重要的特征就是有序；它会确保以一定的顺序保存元素。List在Collection的基础上添加了大量方法，使之能在序列中间插入和删除元素。（只对LinkedList推荐使用。）List可以制造ListIterator对象，你除了能用它在List的中间插入和删除元素之外，还能用它沿两个方法遍历List。
ArrayList*：一个用数组实现的List。能进行快速的随机访问，但是往列表中间插入和删除元素的时候比较慢。ListIterator只能用在反向遍历ArrayList的场合，不要用它来插入和删除元素，因为相比LinkedList，在ArrayList里面用ListIterator的系统开销比较高。
LinkedList：对顺序访问进行了优化。在List中间插入和删除元素的代价也不高。随机访问的速度相对较慢。（用ArrayList吧。）此外它还有addFirst()，addLast()，getFirst()，getLast()，removeFirst()和removeLast()等方法（这些方法，接口和基类均未定义），你能把它当成栈（stack），队列（queue）或双向队列（deque）来用。
记住，容器只是一个存储对象的盒子。如果这个笑盒子能帮你解决所有的问题，那你就用不着取管它事怎么实现的（在绝大多数情况下，这是使用对象的基本概念）。如果开发环境里面还有一些别的，会造成固定的性能开销的因素存在，那么ArrayList和LinkedList之间的性能差别就会变得不那么重要了。你只需要它们中的一个，你甚至可以想象有这样一种“完美”的抽象容器；它能根据用途，自动地切换其底层的实现。

用LinkedList做一个栈
“栈（stack）”有时也被称为“后进先出”（LIFO）的容器。就是说，最后一个被“压”进栈中的东西，会第一个“弹”出来。同其他Java容器一样，压进去和弹出来的东西都是Object，所以除非你只用Object的功能，否则就必须对弹起来的东西进行类型转换。
LinkedList的方法能直接实现栈的功能，所以你完全可以不写Stack而直接使用LinkedList。
如果你只想要栈的功能，那么继承就不太合适了，因为继承出来的是一个拥有LinkedList的所有方法的类。

用LinkedList做一个队列
队列（queue）是一个“先进先出”（FIFO）容器。也就是，你把一端把东西放进去，从另一端把东西取出来。所以你放东西的顺序也就是取东西的顺序。LinkedList有支持队列的功能的方法，所以它也能被当作Queue来用。
还能很轻易地用LinkedList做一个deque（双向队列）。它很像队列，只是你可以从任意一端添加和删除元素。

Set的功能
Set的接口就是Collection的，所以不像那两个List，它没有额外的功能。实际上Set确确实实就是一个Collection－－只不过行为方式不同罢了。（这是继承和多态性的完美运用：表达不同地行为。）Set会拒绝持有多个具有相同值的对象的实例（对象的“值”又是由什么决定的呢？这个问题比较复杂，我们以后会讲）。
Set（接口）：加入Set的每个元素必须是唯一的；否则，Set是不会把它加进去的。要想加进Set，Object必须定义equals()，这样才能标明对象的唯一性。Set的接口和Collection的一摸一样。Set的接口不保证它会用哪种顺序来存储元素。
HashSet*：为优化查询速度而设计的Set。要放进HashSet里面的Object还得定义hashCode()。
TreeSet：是一个有序的Set，其底层是一颗树。这样你就能从Set里面提取一个有序序列了。
LinkedHashSet(JDK 1.4)：一个在内部使用链表的Set，既有HashSet的查询速度，又能保存元素被加进去的顺序（插入顺序）。用Iterator遍历Set的时候，它是按插入顺序进行访问的。
HashSet保存对象的顺序是和TreeSet和LinkedHashSet不一样的。这是因为它们是用不同的方法来存储和查找元素的。（TreeSet用了一种叫红黑树的数据结构【red-black tree data structure】来为元素排序，而HashSet则用了“专为快速查找而设计”的散列函数。LinkedHashSet在内部用散列来提高查询速度，但是它看上去像是用链表来保存元素的插入顺序的。）你写自己的类的时候，一定要记住，Set要有一个判断以什么顺序来存储元素的标准，也就是说你必须实现 Comparable接口，并且定义compareTo()方法。

SortedSet
SortedSet（只有TreeSet这一个实现可用）中的元素一定是有序的。这使得SortedSet接口多了一些方法：
Comparator comparator()：返回Set锁使用的Comparator对象，或者用null表示它使用Object自有的排序方法。
Object first()：返回最小的元素。
Object last()：返回最大的元素。
SortedSet subSet(fromElement, toElement)：返回Set的子集，其中的元素从fromElement开始到toElement为止（包括fromElement，不包括toElement）。
SortedSet headSet(toElement)：返回Set的子集，其中的元素都应小于toElement。
SortedSet headSet(toElement)：返回Set的子集，其中的元素都应大于fromElement。
注意，SortedSet意思是“根据对象的比较顺序”，而不是“插入顺序”进行排序。

Map的功能
ArrayList能让你用数字在一愕嘎对象序列里面进行选择，所以从某种意义上讲，它是将数字和对象关联起来。但是，如果你想根据其他条件在一个对象序列里面进行选择的话，那又该怎么做呢？栈就是一个例子。它的标准是“选取最后一个被压入栈的对象”。我们常用的术语map，dictionary，或 associative array就是一种非常强大的，能在序列里面进行挑选的工具。从概念上讲，它看上去像是一个ArrayList，但它不用数字，而是用另一个对象来查找对象！这是一种至关重要的编程技巧。
这一概念在Java中表现为Map。put(Object key, Object value)方法会往Map里面加一个值，并且把这个值同键（你查找时所用的对象）联系起来。给出键之后，get(Object key)就会返回与之相关的值。你也可以用containsKey()和containsValue()测试Map是否包含有某个键或值。
Java标准类库里有好几种Map：HashMap，TreeMap，LinkedHashMap，WeakHashMap，以及 IdentityHashMap。它们都实现了Map的基本接口，但是在行为方式方面有着明显的诧异。这些差异体现在，效率，持有和表示对象pair的顺序，持有对象的时间长短，以及如何决定键的相等性。
性能时Map所要面对的一个大问题。如果你知道get()时怎么工作的，你就会发觉（比方说）在ArrayList里面找对象会是相当慢的。而这正是 HashMap的强项。它不是慢慢地一个个地找这个键，而是用了一种被称为hash code的特殊值来进行查找的。散列（hash）时一种算法，它会从目标对象当中提取一些信息，然后生成一个表示这个对象的“相对独特”的int。 hashCode()是Object根类的方法，因此所有Java对象都能生成hash code。HashMap则利用对象的hashCode()来进行快速的查找。这样性能就有了急剧的提高。
Map（接口）：维持键－－值的关系（既pairs），这样就能用键来找值了。
HashMap*：基于hash表的实现。（用它来代替Hashtable。）提供时间恒定的插入与查询。在构造函数种可以设置hash表的capacity和load factor。可以通过构造函数来调节其性能。
LinkedHashMap(JDK 1.4)：很像HashMap，但是用Iterator进行遍历的时候，它会按插入顺