Java集合之Collection具体详解

Java集合是java提供的工具包，包含了常用的数据结构：集合、链表、队列、栈、数组、映射等。Java集合工具包位置是java.util.*

Java集合主要可以划分为4个部分：List列表、Set集合、Map映射、工具类(Iterator迭代器、Enumeration枚举类、Arrays和Collections)。

Java集合框架如下图：

 

由上图可以看到Java框架主要是Collection和Map。

一、Collection是一个接口，是一个高度抽象出来的集合，接口包含了基本操作和属性。

        Collection包含了List和Set两大分支：

1）、List是一个有序的队列，每一个元素都有它的索引，第一个元素的索引值是0。List的实现类有LinkedList、ArrayList、Vector和Stack。

         （1）、LinkedList实现了List接口，允许元素为空，LinkedList提供了额外的get,remove,insert方法，这些操作可以使LinkedList被用作堆栈、队列或双向队列。

           LinkedList并不是线程安全的，如果多个线程同时访问LinkedList，则必须自己实现访问同步，或者另外一种解决方法是在创建List时构造一个同步的List。

         （2）、ArrayList  实现了可变大小的数组，允许所有元素包括null，同时ArrayList也不是线程安全的。

         （3）、Vector类似于ArrayList，但Vector是线程安全的。

         （4）、Stack继承自Vector，实现一个后进先出的堆栈。

            Vector、ArrayLis和LinkedList比较：

            （1）Vector是线程安全的，ArrayList和LinkedList不是线程安全的，但一般不考虑线程安全因素，ArrayList和LinkedList效率比较高。

            （2）ArrayList和Vector是实现了基于动态数组的数据结构而LinkedList是基于链表的数据结构。

            （3）数组和链表的查询，删除等的性能。

 2）、set是一个不允许有重复元素的集合。set的实现类有Hashset和Treeset。HashSet依赖于HashMap，实际上是通过HashMap实现的；TreeSet依赖于TreeMap，通过TreeMap来实现的。

     

二、Map是一个映射接口，采用key-value键值对的方式。

        AbstractMap是一个抽象类，它实现了Map接口中的大部分API，而HashMap、TreeMap和WeakHashMap都是继承于AbstractMap，HashTable虽然继承于Dictionary，但它实现了Map接口。

1）、HashTable

        （1）HashTable继承Map接口，实现一个key-value映射的哈希表，任何非空的对象都可作为key或者value。

        （2）添加数据put和取出数据get两个操作的时间开销为常数。

        （3）由于作为key的对象是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的对象都必须要实现hashCode和equals方法。hashCode和equals方法都是继承自根类Object。

        （4）HashTable是线程安全的。

2）、HashMap

        （1）HashMap和HashTable类似，但HashMap是非线程安全的，且允许key和value都为空。

        （2）将HashMap视为Collection时，其迭代操作时间开销和HashMap的容量成正比，如果迭代性能的操作相当重要的话，不要将HashMap的初始化容量舍得过高。

3）、TreeMap

        （1）HashMap通过Hashcode对其内容进行快速查找，无序的，而TreeMap中所有的元素都保持着某种固定的顺序，有序的。

        （2）TreeMap没有调优选项，因为该树总是处于平衡状态。

4）、WeakHashMap

          （1） 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

（1）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。

（2）如果程序在单线程环境中，或者访问仅仅在一个线程中进行，考虑非同步的类，其效率较高；如果多个线程可能同时操作一个类，应该使用同步的类。

（3）要特别注意对哈希表的操作，作为key的对象要正确复写equals和hashCode方法。

（4）使用Map时，查找、更新、删除、新增最好使用HashMap或HashTable；对Map进行自然顺序或自定义键顺序遍历时，最好使用TreeMap;

（5）尽量返回接口而非实际的类型，如返回List而非ArrayList，这样如果以后需要将ArrayList换成LinkedList时，客户端代码不用改变。这就是针对抽象编程。

Collection接口源码

public interface Collection<E> extends Iterable<E> {
    int size(); //大小
    boolean isEmpty();//是否为空
    boolean contains(Object o); //是否包含某个对象
    Iterator<E> iterator(); //迭代
    Object[] toArray(); //转化为数组
    <T> T[] toArray(T[] a);
    boolean add(E e); //增加对象
    boolean remove(Object o); //删除对象
    boolean containsAll(Collection<?> c); //判断是否包含相同的Collection
    boolean addAll(Collection<? extends E> c); //将Collection追加到
    boolean removeAll(Collection<?> c); //删除所有相同对象
    default boolean removeIf(Predicate<? super E> filter) {
        Objects.requireNonNull(filter);
        boolean removed = false;
        final Iterator<E> each = iterator();
        while (each.hasNext()) {
            if (filter.test(each.next())) {
                each.remove();
                removed = true;
            }
        }
        return removed;
    }
    boolean retainAll(Collection<?> c);
    void clear();
    boolean equals(Object o);
    int hashCode();
    @Override
    default Spliterator<E> spliterator() {
        return Spliterators.spliterator(this, 0);
    }
    default Stream<E> stream() {
        return StreamSupport.stream(spliterator(), false);
    }
    default Stream<E> parallelStream() {
        return StreamSupport.stream(spliterator(), true);
    }
}

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