Java中常用数据结构的实现类 Collection和Map

线性表，链表，哈希表是常用的数据结构，在进行Java开发时，JDK已经为我们提供了一系列相应的类来实现基本的数据结构。这些类均在java.util包中。本文试图通过简单的描述，向读者阐述各个类的作用以及如何正确使用这些类。   

Collection 
├List 
│├LinkedList 
│├ArrayList 
│└Vector 
│　└Stack 
└Set 
Map 
├Hashtable 
├HashMap 
└WeakHashMap 

Collection接口 
　　Collection是最基本的集合接口，一个Collection代表一组Object，即Collection的元素（Elements）。一些Collection允许相同的元素而另一些不行。一些能排序而另一些不行。Java  SDK不提供直接继承自Collection的类，Java  SDK提供的类都是继承自Collection的“子接口”如List和Set。 
　　所有实现Collection接口的类都必须提供两个标准的构造函数：无参数的构造函数用于创建一个空的Collection，有一个Collection参数的构造函数用于创建一个新的Collection，这个新的Collection与传入的Collection有相同的元素。后一个构造函数允许用户复制一个Collection。 
　　如何遍历Collection中的每一个元素？不论Collection的实际类型如何，它都支持一个iterator()的方法，该方法返回一个迭代子，使用该迭代子即可逐一访问Collection中每一个元素。典型的用法如下： 
　　　　Iterator  it  =  collection.iterator();  //  获得一个迭代子 
　　　　while(it.hasNext())  { 
　　　　　　Object  obj  =  it.next();  //  得到下一个元素 
　　　　} 
　　由Collection接口派生的两个接口是List和Set。 

List接口 
　　List是有序的Collection，使用此接口能够精确的控制每个元素插入的位置。用户能够使用索引（元素在List中的位置，类似于数组下标）来访问List中的元素，这类似于Java的数组。 
和下面要提到的Set不同，List允许有相同的元素。 
　　除了具有Collection接口必备的iterator()方法外，List还提供一个listIterator()方法，返回一个ListIterator接口，和标准的Iterator接口相比，ListIterator多了一些add()之类的方法，允许添加，删除，设定元素，还能向前或向后遍历。 
　　实现List接口的常用类有LinkedList，ArrayList，Vector和Stack。 

LinkedList类 
　　LinkedList实现了List接口，允许null元素。此外LinkedList提供额外的get，remove，insert方法在LinkedList的首部或尾部。这些操作使LinkedList可被用作堆栈（stack），队列（queue）或双向队列（deque）。 
　　注意LinkedList没有同步方法。如果多个线程同时访问一个List，则必须自己实现访问同步。一种解决方法是在创建List时构造一个同步的List： 
　　　　List  list  =  Collections.synchronizedList(new  LinkedList(...)); 

ArrayList类 
　　ArrayList实现了可变大小的数组。它允许所有元素，包括null。ArrayList没有同步。 
size，isEmpty，get，set方法运行时间为常数。但是add方法开销为分摊的常数，添加n个元素需要O(n)的时间。其他的方法运行时间为线性。 
　　每个ArrayList实例都有一个容量（Capacity），即用于存储元素的数组的大小。这个容量可随着不断添加新元素而自动增加，但是增长算法并没有定义。当需要插入大量元素时，在插入前可以调用ensureCapacity方法来增加ArrayList的容量以提高插入效率。 
　　和LinkedList一样，ArrayList也是非同步的（unsynchronized）。 

Vector类 
　　Vector非常类似ArrayList，但是Vector是同步的。由Vector创建的Iterator，虽然和ArrayList创建的Iterator是同一接口，但是，因为Vector是同步的，当一个Iterator被创建而且正在被使用，另一个线程改变了Vector的状态（例如，添加或删除了一些元素），这时调用Iterator的方法时将抛出ConcurrentModificationException，因此必须捕获该异常。 

Stack  类 
　　Stack继承自Vector，实现一个后进先出的堆栈。Stack提供5个额外的方法使得Vector得以被当作堆栈使用。基本的push和pop方法，还有peek方法得到栈顶的元素，empty方法测试堆栈是否为空，search方法检测一个元素在堆栈中的位置。Stack刚创建后是空栈。 

Set接口 
　　Set是一种不包含重复的元素的Collection，即任意的两个元素e1和e2都有e1.equals(e2)=false，Set最多有一个null元素。 
　　很明显，Set的构造函数有一个约束条件，传入的Collection参数不能包含重复的元素。 
　　请注意：必须小心操作可变对象（Mutable  Object）。如果一个Set中的可变元素改变了自身状态导致Object.equals(Object)=true将导致一些问题。 

Map接口 
　　请注意，Map没有继承Collection接口，Map提供key到value的映射。一个Map中不能包含相同的key，每个key只能映射一个value。Map接口提供3种集合的视图，Map的内容可以被当作一组key集合，一组value集合，或者一组key-value映射。 

Hashtable类 
　　Hashtable继承Map接口，实现一个key-value映射的哈希表。任何非空（non-null）的对象都可作为key或者value。 
　　添加数据使用put(key,  value)，取出数据使用get(key)，这两个基本操作的时间开销为常数。 
Hashtable通过initial  capacity和load  factor两个参数调整性能。通常缺省的load  factor  0.75较好地实现了时间和空间的均衡。增大load  factor可以节省空间但相应的查找时间将增大，这会影响像get和put这样的操作。 
使用Hashtable的简单示例如下，将1，2，3放到Hashtable中，他们的key分别是”one”，”two”，”three”： 
　　　　Hashtable  numbers  =  new  Hashtable(); 
　　　　numbers.put(“one”,  new  Integer(1)); 
　　　　numbers.put(“two”,  new  Integer(2)); 
　　　　numbers.put(“three”,  new  Integer(3)); 
　　要取出一个数，比如2，用相应的key： 
　　　　Integer  n  =  (Integer)numbers.get(“two”); 
　　　　System.out.println(“two  =  ”  +  n); 
　　由于作为key的对象将通过计算其散列函数来确定与之对应的value的位置，因此任何作为key的对象都必须实现hashCode和equals方法。hashCode和equals方法继承自根类Object，如果你用自定义的类当作key的话，要相当小心，按照散列函数的定义，如果两个对象相同，即obj1.equals(obj2)=true，则它们的hashCode必须相同，但如果两个对象不同，则它们的hashCode不一定不同，如果两个不同对象的hashCode相同，这种现象称为冲突，冲突会导致操作哈希表的时间开销增大，所以尽量定义好的hashCode()方法，能加快哈希表的操作。 
　　如果相同的对象有不同的hashCode，对哈希表的操作会出现意想不到的结果（期待的get方法返回null），要避免这种问题，只需要牢记一条：要同时复写equals方法和hashCode方法，而不要只写其中一个。 
　　Hashtable是同步的。 

HashMap类 
　　HashMap和Hashtable类似，不同之处在于HashMap是非同步的，并且允许null，即null  value和null  key。，但是将HashMap视为Collection时（values()方法可返回Collection），其迭代子操作时间开销和HashMap的容量成比例。因此，如果迭代操作的性能相当重要的话，不要将HashMap的初始化容量设得过高，或者load  factor过低。 

WeakHashMap类 
　　WeakHashMap是一种改进的HashMap，它对key实行“弱引用”，如果一个key不再被外部所引用，那么该key可以被GC回收。 

总结 
　　如果涉及到堆栈，队列等操作，应该考虑用List，对于需要快速插入，删除元素，应该使用LinkedList，如果需要快速随机访问元素，应该使用ArrayList。





Java.util.Collections类包


java.util.Collections类包含很多有用的方法，可以使程序员的工作变得更加容易，但是这些方法通常都没有被充分地利用。Javadoc给出Collections类最完整的描述：“这一个类包含可以操作或返回集合的专用静态类。
” 1.2 所含方法
Iterator, ArrayList, Elements, Buffer, Map,Collections

列子：
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Collections;
import java.util.Comparator;
import java.util.List;

public class CollectionsSort {
public CollectionsSort() {

}

public static void main(String[] args) {
double array[] = {111, 111, 23, 456, 231 };
List list = new ArrayList();
List li = new ArrayList();
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
list.add(new Double(array[i]));
//list.add(""+array[i]);
}
double arr[] = {111};
for(int j=0;j<arr.length;j++){
li.add(new Double(arr[j]));
}
}

2. 具体操作
1) 排序(Sort)
使用sort方法可以根据元素的自然顺序对指定列表按升序进行排序。列表中的所有元素都必须实现 Comparable 接口。此列表内的所有元素都必须是使用指定比较器可相互比较的
double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 };
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
list.add(new Double(array[i]));
}
Collections.sort(list);
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
   System.out.println(li.get(i));
} 
//结果：112,111,23,456,231
2) 混排（Shuffling）
混排算法所做的正好与 sort 相反: 它打乱在一个 List 中可能有的任何排列的踪迹。也就是说，基于随机源的输入重排该 List, 这样的排列具有相同的可能性（假设随机源是公正的）。这个算法在实现一个碰运气的游戏中是非常有用的。例如，它可被用来混排代表一副牌的 Card 对象的一个 List 。另外，在生成测试案例时，它也是十分有用的。
Collections.Shuffling(list)
double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 };
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
list.add(new Double(array[i]));
}
Collections.shuffle(list);
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
   System.out.println(li.get(i));
}
//结果：112,111,23,456,231
3) 反转(Reverse)
       使用Reverse方法可以根据元素的自然顺序对指定列表按降序进行排
序。
Collections.reverse(list)
double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 };
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
list.add(new Double(array[i]));
}
Collections. reverse (list);
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
   System.out.println(li.get(i));
}
//结果：231,456,23,111,112
4) 替换所以的元素(Fill)
使用指定元素替换指定列表中的所有元素。
String str[] = {"dd","aa","bb","cc","ee"};
for(int j=0;j<str.length;j++){
li.add(new String(str[j]));
}
Collections.fill(li,"aaa");
for (int i = 0; i < li.size(); i++) {
System.out.println("list[" + i + "]=" + li.get(i));

}
//结果：aaa,aaa,aaa,aaa,aaa

5) 拷贝(Copy)
用两个参数，一个目标 List 和一个源 List, 将源的元素拷贝到目标，并覆盖它的内容。目标 List 至少与源一样长。如果它更长，则在目标 List 中的剩余元素不受影响。
Collections.copy(list,li): 后面一个参数是目标列表 ,前一个是源列表
double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 };
List list = new ArrayList();
List li = new ArrayList();
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
list.add(new Double(array[i]));
}
double arr[] = {1131,333};
String str[] = {"dd","aa","bb","cc","ee"};
for(int j=0;j<arr.length;j++){
li.add(new Double(arr[j]));
}
Collections.copy(list,li);
for (int i = 0; i <list.size(); i++) {
System.out.println("list[" + i + "]=" + list.get(i));
}
//结果：1131,333,23,456,231
6) 返回Collections中最小元素(min)
根据指定比较器产生的顺序，返回给定 collection 的最小元素。collection 中的所有元素都必须是通过指定比较器可相互比较的
Collections.min(list)
double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 };
List list = new ArrayList();
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
list.add(new Double(array[i]));
}
Collections.min(list);
for (int i = 0; i <list.size(); i++) {
System.out.println("list[" + i + "]=" + list.get(i));
}
//结果：23
7) 返回Collections中最小元素(max)
根据指定比较器产生的顺序，返回给定 collection 的最大元素。collection 中的所有元素都必须是通过指定比较器可相互比较的
Collections.max(list)
double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 };
List list = new ArrayList();
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
list.add(new Double(array[i]));
}
Collections.max(list);
for (int i = 0; i <list.size(); i++) {
System.out.println("list[" + i + "]=" + list.get(i));
}
//结果：456
8) lastIndexOfSubList
返回指定源列表中最后一次出现指定目标列表的起始位置
int count = Collections.lastIndexOfSubList(list,li);
double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 };
List list = new ArrayList();
List li = new ArrayList();
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
list.add(new Double(array[i]));
}
double arr[] = {111};
String str[] = {"dd","aa","bb","cc","ee"};
for(int j=0;j<arr.length;j++){
li.add(new Double(arr[j]));
}
Int locations = Collections. lastIndexOfSubList (list,li);
System.out.println(“===”+ locations);
//结果 3
9) IndexOfSubList
返回指定源列表中第一次出现指定目标列表的起始位置
int count = Collections.indexOfSubList(list,li);
double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 };
List list = new ArrayList();
List li = new ArrayList();
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
list.add(new Double(array[i]));
}
double arr[] = {111};
String str[] = {"dd","aa","bb","cc","ee"};
for(int j=0;j<arr.length;j++){
li.add(new Double(arr[j]));
}
Int locations = Collections.indexOfSubList(list,li);
System.out.println(“===”+ locations);
//结果 1
10) Rotate
根据指定的距离循环移动指定列表中的元素
Collections.rotate(list,-1);
如果是负数，则正向移动，正数则方向移动
double array[] = {112, 111, 23, 456, 231 };
List list = new ArrayList();
for (int i = 0; i < array.length; i++) {
list.add(new Double(array[i]));
}
Collections.rotate(list,-1);
for (int i = 0; i <list.size(); i++) {
System.out.println("list[" + i + "]=" + list.get(i));
}
//结果：111,23,456,231,112 


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