Java集合框架

Java平台提供了一个全新的集合框架，它主要有一组操作对象的接口组成，不同的接口描述不同的数据类型。

首先区分一下三个概念：

• colection 集合，用来表示任何一种数据结构；

• Collection 集合接口，指的是 java.util.Collection接口，是 Set、List 和 Queue 接口的超类接口；

• Collections 集合工具类，指的是 java.util.Collections 类。

Java 集合框架图

 

Java集合框架类层次结构图

 

 

集合接口：Connection，Iterator，List，Map，Set，6个接口（短虚线表示），表示不同集合类型，是集合框架的基础。
抽象类：AbstractConnection，AbstractList，AbstractSet，AbstractMap和AbstractSequentialList，5个抽象类（长虚线表示），对集合接口的部分实现。可扩展为自定义集合类。
实现类：8个实现类（实线表示），对接口的具体实现。

 

Collection 接口是一组允许重复的对象；
Set 接口继承 Collection，但不允许重复，使用自己内部的一个排列机制；
List 接口继承 Collection，允许重复，以元素安插的次序来放置元素，不会重新排列；
Map 接口是一组成对的键－值对象，即所持有的是key-value pairs。Map中不能有重复的key。拥有自己的内部排列机制。

 

 容器中的元素类型都为Object。从容器取得元素时，必须把它转换成原来的类型。

 

几个比较重要的接口和类简介

1、List接口

List 关心的是索引，与其他集合相比，List特有的就是和索引相关的一些方法：get(int index) 、 add(int index,Object o) 、 indexOf(Object o) 。

ArrayList 可以将它理解成一个可增长的数组，它提供快速迭代和快速随机访问的能力。

LinkedList 中的元素之间是双链接的，当需要快速插入和删除时LinkedList成为List中的不二选择。

Vector 是ArrayList的线程安全版本，性能比ArrayList要低，现在已经很少使用

2、Set接口

Set关心唯一性，它不允许重复。

HashSet 当不希望集合中有重复值，并且不关心元素之间的顺序时可以使用此类。

LinkedHashset 当不希望集合中有重复值，并且希望按照元素的插入顺序进行迭代遍历时可采用此类。

TreeSet 当不希望集合中有重复值，并且希望按照元素的自然顺序进行排序时可以采用此类。（自然顺序意思是某种和插入顺序无关，而是和元素本身的内容和特质有关的排序方式，譬如“abc”排在“abd”前面。）

3、Queue接口

Queue 用于保存将要执行的任务列表。

LinkedList 同样实现了Queue接口，可以实现先进先出的队列。

PriorityQueue 用来创建自然排序的优先级队列。番外篇中有个例子http://android.yaohuiji.com/archives/3454 你可以看一下。

4、Map接口

Map关心的是唯一的标识符。他将唯一的键映射到某个元素。当然键和值都是对象。

HashMap 当需要键值对表示，又不关心顺序时可采用HashMap。

Hashtable 注意Hashtable中的t是小写的，它是HashMap的线程安全版本，现在已经很少使用。

LinkedHashMap 当需要键值对，并且关心插入顺序时可采用它。

TreeMap 当需要键值对，并关心元素的自然排序时可采用它。

 

 

 

集合接口

1. Connection接口

用于表示任何对象或元素组。想要尽可能以常规方式处理一组元素时，就使用这一接口。

 

(1) 单元素添加、删除操作：
boolean add(Object o):将对象添加给集合
boolean remove(Object o): 如果集合中有与o相匹配的对象，则删除对象o

(2) 查询操作：
int size() ：返回当前集合中元素的数量
boolean isEmpty() ：判断集合中是否有任何元素
boolean contains(Object o) ：查找集合中是否含有对象o
Iterator iterator() ：返回一个迭代器，用来访问集合中的各个元素

 

(3) 组操作 ：作用于元素组或整个集合
boolean containsAll(Collection c): 查找集合中是否含有集合c 中所有元素
boolean addAll(Collection c) : 将集合c 中所有元素添加给该集合
void clear(): 删除集合中所有元素
void removeAll(Collection c) : 从集合中删除集合c 中的所有元素
void retainAll(Collection c) : 从集合中删除集合c 中不包含的元素

(4) Collection转换为Object数组 ：
Object[] toArray() ：返回一个内含集合所有元素的array
Object[] toArray(Object[] a) ：返回一个内含集合所有元素的array。运行期返回的array和参数a的型别相同，需要转换为正确型别。

　　此外，您还可以把集合转换成其它任何其它的对象数组。但是，您不能直接把集合转换成基本数据类型的数组，因为集合必须持有对象。

　　“斜体接口方法是可选的。因为一个接口实现必须实现所有接口方法，调用程序 就 需要一种途径来知道一个可选的方法是不是不受支持。如果调用一种可选方法时，一个 UnsupportedOperationException 被抛出，则操作失败，因为方法不受支持。此异常类继承 RuntimeException 类，避免了将所有集合操作放入 try-catch 块。”

 

Collection不提供get()方法。如果要遍历Collectin中的元素，就必须用Iterator。
1.1.AbstractCollection 抽象类
AbstractCollection 类提供具体“集合框架”类的基本功能。虽然您可以自行实现 Collection 接口的所有方法，但是，除了iterator()和size()方法在恰当的子类中实现以外，其它所有方法都由 AbstractCollection 类来提供实现。如果子类不覆盖某些方法，可选的如add()之类的方法将抛出异常。

1.2.Iterator 接口
Collection 接口的iterator()方法返回一个 Iterator。Iterator接口方法能以迭代方式逐个访问集合中各个元素，并安全 的从Collection 中除去适当的元素。



(1) boolean hasNext(): 判断是否存在另一个可访问的元素
Object next(): 返回要访问的下一个元素。如果到达集合结尾，则抛出NoSuchElementException异常。

(2) void remove(): 删除上次访问返回的对象。本方法必须紧跟在一个元素的访问后执行。如果上次访问后集合已被修改，方法将抛出IllegalStateException。
“Iterator中删除操作对底层Collection也有影响。”

迭代器是 故障快速修复（fail-fast）的。这意味着，当另一个线程修改底层集合的时候，如果您正在用 Iterator 遍历集合，那么，Iterator就会抛出 ConcurrentModificationException （另一种 RuntimeException异常）异常并立刻失败。

 

2.List接口
List 接口继承了 Collection 接口以定义一个允许重复项的有序集合。该接口不但能够对列表的一部分进行处理，还添加了面向位置的操作。

 (1) 面向位置的操作包括插入某个元素或 Collection 的功能，还包括获取、除去或更改元素的功能。在 List 中搜索元素可以从列表的头部或尾部开始，如果找到元素，还将报告元素所在的位置 :
void add(int index, Object element): 在指定位置index上添加元素element

boolean addAll(int index, Collection c): 将集合c的所有元素添加到指定位置index
Object get(int index): 返回List中指定位置的元素
int indexOf(Object o): 返回第一个出现元素o的位置，否则返回-1
int lastIndexOf(Object o) ：返回最后一个出现元素o的位置，否则返回-1
Object remove(int index)　：删除指定位置上的元素
Object set(int index, Object element) ：用元素element取代位置index上的元素，并且返回旧的元素

(2) List 接口不但以位置序列迭代的遍历整个列表，还能处理集合的子集：
ListIterator listIterator() : 返回一个列表迭代器，用来访问列表中的元素
ListIterator listIterator(int index) : 返回一个列表迭代器，用来从指定位置index开始访问列表中的元素
List subList(int fromIndex, int toIndex) ：返回从指定位置fromIndex(包含)到toIndex(不包含)范围中各个元素的列表视图
“对子列表的更改（如 add()、remove() 和 set() 调用）对底层 List 也有影响。”

 

3.Set接口
　　Set 接口继承 Collection 接口，而且它不允许集合中存在重复项，每个具体的 Set 实现类依赖添加的对象的 equals()方法来检查独一性。Set接口没有引入新方法，所以Set就是一个Collection，只不过其行为不同。

 

3.1. Hash表
　　Hash表是一种数据结构，用来查找对象。Hash表为每个对象计算出一个整数，称为Hash Code(哈希码)。Hash表是个链接式列表的阵列。每个列表称为一个buckets(哈希表元)。对象位置的计算　index = HashCode % buckets (HashCode为对象哈希码，buckets为哈希表元总数)。

　　当你添加元素时，有时你会遇到已经填充了元素的哈希表元，这种情况称为Hash Collisions(哈希冲突)。这时，你必须判断该元素是否已经存在于该哈希表中。

　 　如果哈希码是合理地随机分布的，并且哈希表元的数量足够大，那么哈希冲突的数量就会减少。同时，你也可以通过设定一个初始的哈希表元数量来更好地控制哈 希表的运行。初始哈希表元的数量为　buckets = size * 150% + 1 (size为预期元素的数量)。

　　如果哈希表中的元素放得太满，就必须进行rehashing(再哈希)。再哈希使哈希表元数增倍，并将原有的对象重新导入新的哈希表元中，而原始的哈希表元被删除。load factor(加载因子)决定何时要对哈希表进行再哈希。在Java 编程语言中，加载因子默认值为0.75，默认哈希表元为101。