JAVA集合框架详解，看这一篇就够了

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1. 集合简介

集合就是存放对象的容器。定义了对多个对象进行操作的常用方法。可实现数组的功能。
相比于数组来说，集合有以下的区别：

1. 数组长度固定，集合长度不固定
2. 数组可以存储基本类型和引用类型，集合只能存储引用类型(对象)
3. 集合中存放的都是对象的引用，而非对象本身。所以我们称集合中的对象就是集合中对象的引用。对象本身还是存放在堆内存中
4. 数组存储的元素必须是同一个数据类型，集合存储的对象可以是不同数据类型的

Java集合类主要由两个根接口

Collection

和

Map

派生出来的。

其中，

Collection

又派生出了三个子接口，其关系如下图所示：

• List代表了有序可重复集合，可直接根据元素的索引来访问
• Set代表无序不可重复集合，只能根据元素本身来访问
• Queue是队列集合

Map

接口的派生关系如下：

下面对

Collection

和

Map

接口的一些重要实现类和接口进行介绍，涉及到实现类的具体方法时，该文章仅列出具体的函数签名，就不一一对各个函数进行实验和举例了。

2. Collection体系

Collection

接口定义的方法中常用的如下：
方法签名功能

boolean add(Object obj)

添加一个对象

boolean addAll(Collection c) 

将一个集合中的所有对象添加到此集合中

void clear() 

清空此集合中的所有对象

boolean contains(Object o)

检查此集合中是否包含o对象

boolean equals(Object o)

比较此集合是否与指定对象相等

boolean isEmpty() 

判断此集合是否为空

boolean remove(Object o)

在此集合中移除o对象

int size()

返回此集合中的元素个数

Object[ ] toArray()

将此集合转换成数组

Collection

接口的实现类都实现了其方法，所以上述方法在任何一个实现类中都可以使用。

2.1 List

List

接口也定义了一系列常用的方法，一般的常用方法如下，
方法签名功能

void add(int index, Object o) 

在index位置插入对象o

boolean addAll(int index, Collection c)

将一个集合中的元素添加到此集合中的index位置

Object get(int index)

返回集合中指定位置的元素

List subList(int fromIndex, int toIndex)

返回

[fromIndex, toIndex)

之间的集合的元素

list.indexOf()

获取某个元素所在索引

List

接口的实现类有

ArrayList, Vector, LinkedList

，其中最重要的当属

ArrayList

了，下面我们分别对其进行讲解。

2.1.1 ArrayList

ArrayList

的底层是用数组进行实现的，这就导致了其随机查询的速度快，增加删除元素的速度慢的特点。

其默认初始的数组大小是10个，当元素逐渐增长导致空间不够的时候，数组长度每次增长为原来的1.5倍，注意，如果没有向其中添加任何元素，那么其容量为0。

ArrayList

是线程不安全的，没有同步方法，如果需要进行多线程访问必须自己实现访问同步，即创建示例如下：

List<String> list =Collections.synchronizedList(newArrayList<>());

ArrayList

的常用方法列表如下：
方法签名功能

void sort(Comparator<? super E> c)

对 ArrayList 的元素进行排序，动态改变数组，无返回值

Object clone()

复制一份 ArrayList

E set(int index, E element)

替换 ArrayList 中指定索引的元素

Object[] toArray()

将 ArrayList 转为数组

boolean retainAll(Collection<?> c)

保留 ArrayList 中在指定集合中也存在的那些元素

void removeRange(int fromIndex, int toIndex)

删除

[fromIndex, toIndex)

之间的元素

2.1.2 LinkedList

LinkedList

的底层是用链表进行实现的，因此其查询的速度慢，但是删除和增加元素的速度快。

LinkedList 

也是线程不同步的，如果需要进行多线程访问必须自己实现访问同步，即创建示例如下：

List<String> list =Collections.synchronizedList(newLinkedList<>());

LinkedList

实现了

Queue

接口，可作为队列使用， 实现了

List

接口，可进行列表的相关操作，实现了

Deque

接口，可作为队列使用，实现了

Cloneable

接口，可实现克隆，实现了

java.io.Serializable

接口，即可支持序列化，能通过序列化去传输。

LinkedList

常用方法如下：
方法签名功能

boolean offer(E e)

向链表末尾添加元素，返回是否成功，成功为 true，失败为 false

boolean offerFirst(E e)

头部插入元素，返回是否成功，成功为 true，失败为 false。

boolean offerLast(E e)

尾部插入元素，返回是否成功，成功为 true，失败为 false。

E poll()

删除并返回第一个元素

E peek()

返回第一个元素

E removeFirst()

删除并返回第一个元素。

E removeLast()

删除并返回最后一个元素

2.1.3 Vector

Vector

底层也是数组实现的，当然也就拥有了其查询速度快，增加删除元素慢的特点。

但是，

Vector

与

ArrayList

不同的地方在于，

Vector

的运行速度比

ArrayList

慢一些，其访问是线程安全的。

2.2 Set

Set

里面的元素是无序的，这也就导致里面的元素是没有下标的，无法靠下标的索引来进行定位，

Set

集合的特点是不保存重复的元素，在

Set

接口的实现类中，我们重点来看一下

HashSet

这个实现类。

HashSet

的存储结构是哈希表，实现方式是数组与红黑树的结合，

HashSet

里面的元素可以包含

null

元素，

HashSet

同样不是线程安全的，如果需要多线程进行访问，那么可以使用下面的方法进行创建：

HashSet<String> s =Collections.synchronizedSet(newHashSet<>());

HashSet

的数组初始容量为16，负载因子默认为0.75，即如果元素达到当前总容量的0.75则自动增加容量。同时，该实现类也可以重写

hashCode

和

equals

方法，

hashCode

方法是哈希表存储的映射方式，重写后则采用重写的映射方式，

equals

是判断是否重复的方法，如果其返回为

true

，则认为是重复的。

HashSet

内的元素无法进行索引，所以如果想要访问其中的元素，可以对其进行迭代遍历，其经常使用的方法如下：
方法签名功能

boolean contains​(Object o)

如果此set包含指定的元素，则返回 true

int size()

返回此集合中的元素数（基数）

boolean remove​(Object o)

如果存在，则从该集合中移除指定的元素

2.3 Queue

Queue

是一种先进先出的数据结构，其下面还有一个接口 Deque （双端队列），它的实现类有多种，包括LinkedList（链表）实现，ArrayDeque（数组实现的双端队列），PriorityQueue（优先级队列）等，其主要使用的方法为：
方法签名功能

boolean add(E e)

增加一个元素

boolean offer(E e);

增加一个元素到队尾并返回true

E poll()

将队首的元素删除，并返回该元素

E peek()

返回队首的元素，但不进行删除操作

2.4 Collection工具类

Collection

除了存储意外，还实现了一些集合常用的方法，可以方便的对集合进行操作。
方法签名功能

void shuffle(List<?> list)

打乱list集合元素的顺序

<T> void sort(List<T> list);

排序

<T> void sort(List<T> list, Comparator<T> c)

根据指定的规则进行排序

<T> int binarySearch(List<T> list,T key)

以二分查找法查找元素

<T> void copy (List<T> dest,List<T> src)

拷贝集合中的元素

<T> int fill(List<T> list, T obj)

使用指定的元素填充集合

<T> int binarySearch(List<T> list,T key)

以二分查找法查找元素

<T> void swap(List<?> list, int i, int j)

交换集合中指定的位置的元素

<T> void max/min(Collection<T> coll)

根据默认的自然排序获取最大/最小值

3. Map 体系

Collection

父接口需要掌握的基本就是上面的几个实现类和接口，接下来我们对

Map

父接口的重要实现类进行介绍，

Map

存储的特点是 Key-Value 形式的方式进行存储，其中存储的元素无序、无下标，Key 不能重复，Value可以重复。

Map

父接口下的实现类有很多，它们都是线程不安全的，比如：

• HashMap： 使用哈希表实现的散列表，提供常数时间的插入和检索操作 ( O ( 1 ) ) (O(1)) (O(1))，不保证遍历顺序，即迭代器返回元素的顺序是不确定的，允许存储 null 键和 null 值。
• TreeMap： 基于红黑树实现的有序映射，按照键的自然顺序或者自定义比较器进行排序，查找、插入、删除操作的时间复杂度为 O ( l o g n ) O(log n) O(logn)，不允许存储 null 键，但可以存储 null 值。
• WeakHashMap： 基于哈希表实现的弱键映射，键是使用弱引用存储的，当键没有强引用时，在垃圾回收时可能被自动移除，适用于临时缓存和内存敏感的应用场景，允许存储 null 键和 null 值。
• LinkedHashMap： 基于哈希表和双向链表实现，保持元素的插入顺序或者访问顺序，遍历顺序可以是插入顺序或者访问顺序，查找操作的时间复杂度为 O ( 1 ) O(1) O(1) ，允许存储 null 键和 null 值。
• IdentityHashMap： 基于哈希表实现的特殊映射，通过引用相等性比较键和值，键和值的相等性是基于对象的内存地址而不是 equals 方法，不保证遍历顺序，允许存储 null 键和 null 值。

除此之外还有一些类型的

Map

，我们这里主要了解

HashMap

。

3.1 HashMap

HashMap

是一个散列表，它存储的内容是键值对(key-value)映射，

HashMap

是线程不安全的，如果想要创建一个线程安全的

HashMap

，那么可以使用下面的语句初始化：

Map<String,Integer> synchronizedMap =Collections.synchronizedMap(newHashMap<>());

HashMap

常用的方法如下：
方法签名功能

V put(K key, V value)

将键/值对添加到 hashMap 中

void clear()

删除 hashMap 中的所有键/值对

int size​()

计算 hashMap 中键/值对的数量

boolean remove(Object key, Object value)

删除 hashMap 中指定键 key 的映射关系

boolean containsKey(Object key)

检查 hashMap 中是否存在指定的 key 对应的映射关系

boolean containsValue(Object value)

检查 hashMap 中是否存在指定的 value 对应的映射关系

V get(Object key)

获取指定 key 对应对 value

V getOrDefault(Object key, V defaultValue)

获取指定 key 对应对 value，如果找不到 key ，则返回设置的默认值

Set<Map.Entry<K,V>> entrySet()

返回 hashMap 中所有映射项的集合集合视图。

Set<K> keySet()

返回 hashMap 中所有 key 组成的集合视图

Collection<V> values()

返回 hashMap 中存在的所有 value 值