Java集合详解

[if !supportLists]一、    [endif]集合的由来

通常，我们的程序需要根据程序运行时才知道创建多少个对象。但若非程序运行，程序开发阶段，我们根本不知道到底需要多少个数量的对象，甚至不知道它的准确类型。为了满足这些常规的编程需要，我们要求能在任何时候，任何地点创建任意数量的对象，而这些对象用什么来容纳呢？我们首先想到了数组，但是数组只能放统一类型的数据，而且其长度是固定的，那怎么办呢？集合便应运而生了！

[if !supportLists]二、    [endif]集合是什么？

　Java集合类存放于 java.util 包中，是一个用来存放对象的容器。

注意：①、集合只能存放对象。比如你存一个 int 型数据 1放入集合中，其实它是自动转换成 Integer 类后存入的，Java中每一种基本类型都有对应的引用类型。

②、集合存放的是多个对象的引用，对象本身还是放在堆内存中。

③、集合可以存放不同类型，不限数量的数据类型。     

[if !supportLists]三、    [endif]数组Array和集合的区别

数组（可以存储基本数据类型）是用来存现对象的一种容器，但是数组的长度固定，不适合在对象数量未知的情况下使用。

集合（只能存储对象，对象类型可以不一样）的长度可变，可在多数情况下使用。

[if !supportLists]四、    [endif]Java集合框架图

图一这个比较简单

[if !vml]

[endif]

图二完整

[if !vml]

[endif]

发现一个特点，上述所有的集合类，除了 map 系列的集合，即左边集合都实现了Iterator接口，这是一个用于遍历集合中元素的接口，主要hasNext(),next(),remove()三种方法。它的一个子接口ListIterator在它的基础上又添加了三种方法，分别是 add(),previous(),hasPrevious()。也就是说如果实现Iterator 接口，那么在遍历集合中元素的时候，只能往后遍历，被遍历后的元素不会再被遍历到，通常无序集合实现的都是这个接口，比如HashSet；而那些元素有序的集合，实现的一般都是 LinkedIterator接口，实现这个接口的集合可以双向遍历，既可以通过next()访问下一个元素，又可以通过previous()访问前一个 元素，比如ArrayList。

list,set,map对比

接口子接口是否有序是否允许元素重复

Collection　　　　　　　　　　否

List 　　ArrayList否是

　　　　　　LinkedList否是

　　　　　　Vector否是

SetAbstractSet否否

　　HashSet否否

　　TreeSet是（用二叉排序树）否

MapAbstractMap否使用key-value来映射和存储数据，key必须唯一，value可以重复

　　HashMap否

　　TreeMap是（用二叉排序树）使用key-value来映射和存储数据，key必须唯一，value可以重复

list（有序、可重复）

List里存放的对象是有序的，同时也是可以重复的，List关注的是索引，拥有一系列和索引相关的方法，查询速度快。因为往list集合里插入或删除数据时，会伴随着后面数据的移动，所有插入删除数据速度慢。

ArrayList

ArrayList是基于数组的，在初始化ArrayList时，会构建空数组（Object[] elementData={}）。ArrayList是一个无序的，它是按照添加的先后顺序排列，当然，他也提供了sort方法，如果需要对ArrayList进行排序，只需要调用这个方法，提供Comparator比较器即可

add操作：

1）如果是第一次添加元素，数组的长度被扩容到默认的capacity，也就是10.

2) 当发觉同时添加一个或者是多个元素，数组长度不够时，就扩容，这里有两种情况：

只添加一个元素，例如：原来数组的capacity为10，size已经为10，不能再添加了。需要扩容，新的capacity=old capacity+old capacity>>1=10+10/2=15.即新的容量为15。

当同时添加多个元素时，原来数组的capacity为10，size为10，当同时添加6个元素时。它需要的min capacity为16，而按照capacity=old capacity+old

capacity>>1=10+10/2=15。new capacity小于min capacity，则取min capacity。

对于添加，如果不指定下标，就直接添加到数组后面，不涉及元素的移动，如果要添加到某个特定的位置，那需要将这个位置开始的元素往后挪一个位置，然后再对这个位置设置。

Remove操作：

Remove提供两种，按照下标和value。

1）remove(int

index)：首先需要检查Index是否在合理的范围内。其次再调用System.arraycopy将index之后的元素向前移动。

2）remove(Object

o)：首先遍历数组，获取第一个相同的元素，获取该元素的下标。其次再调用System.arraycopy将index之后的元素向前移动。

Get操作：

这个比较简单，直接对数组进行操作即可。

LinkedList

LinkedList是基于链表的，它是一个双向链表，每个节点维护了一个prev和next指针。同时对于这个链表，维护了first和last指针，first指向第一个元素，last指向最后一个元素。LinkedList是一个无序的链表，按照插入的先后顺序排序，不提供sort方法对内部元素排序。

Add元素：

LinkedList提供了几个添加元素的方法：addFirst、addLast、addAll、add等，时间复杂度为O(1)。

Remove元素：

LinkedList提供了几个移除元素的方法：removeFirst、removeLast、removeFirstOccurrence、remove等，时间复杂度为O(1)。

Get元素：

根据给定的下标index，判断它first节点、last直接距离，如果index<size（数组元素个数)/2,就从first开始。如果大于，就从last开始。这个和我们平常思维不太一样，也许按照我们的习惯，从first开始。这也算是一点小心的优化吧。

遍历

在类集中提供了以下四种的常见输出方式：

1）Iterator：迭代输出，是使用最多的输出方式。

2）ListIterator：是Iterator的子接口，专门用于输出List中的内容。

3）foreach输出：JDK1.5之后提供的新功能，可以输出数组或集合。

4）for循环

代码示例如下：

for的形式：for（int i=0;i<arr.size();i++）{...}

foreach的形式： for（inti：arr）{...}

iterator的形式：

Iterator it = arr.iterator();

while(it.hasNext()){ object o =it.next(); ...}

Set（无序、不能重复）

Set里存放的对象是无序，不能重复的，集合中的对象不按特定的方式排序，只是简单地把对象加入集合中。

HashSet

HashSet是基于HashMap来实现的，操作很简单，更像是对HashMap做了一次“封装”，而且只使用了HashMap的key来实现各种特性，而HashMap的value始终都是PRESENT。

HashSet不允许重复（HashMap的key不允许重复，如果出现重复就覆盖），允许null值，非线程安全。

构造方法

HashSet() 构造一个新的空 set，其底层HashMap 实例的默认初始容量是 16，加载因子是0.75。HashSet(Collection c)

构造一个包含指定 collection 中的元素的新 set。HashSet(int initialCapacity) 构造一个新的空 set，其底层HashMap 实例具有指定的初始容量和默认的加载因子（0.75）。HashSet(int initialCapacity, float loadFactor)构造一个新的空 set，其底层HashMap 实例具有指定的初始容量和指定的加载因子。

方法

boolean add(E e) 如果此 set 中尚未包含指定元素，则添加指定元素。

void clear()

从此 set 中移除所有元素。** Object clone() 返回此 HashSet 实例的浅表副本：并没有复制这些元素本身。boolean contains(Object o) 如果此 set 包含指定元素，则返回true。boolean isEmpty()**如果此 set 不包含任何元素，则返回 true。** Iterator iterator() 返回对此 set 中元素进行迭代的迭代器。boolean remove(Object o) 如果指定元素存在于此 set 中，则将其移除。int size()**返回此 set 中的元素的数量（set的容量）。

TreeSet

基于 TreeMap 的 NavigableSet 实现。使用元素的自然顺序对元素进行排序，或者根据创建 set时提供的 Comparator进行排序，具体取决于使用的构造方法。

构造方法和方法比较类似就不说了

遍历（和list相似）

对 set 的遍历

1.迭代遍历：

Set set = new HashSet(); 

Iterator it = set.iterator(); 

while (it.hasNext()) { 

  String str =it.next(); 

 System.out.println(str); 

} 

2.for(foreach)循环遍历：

for (String str : set) { 

     System.out.println(str); 

} 

Map（键值对、键唯一、值不唯一）

Map集合中存储的是键值对，键不能重复，值可以重复。根据键得到值，对map集合遍历时先得到键的set集合，对set集合进行遍历，得到相应的值。

HashMap

数组方式存储key/value，线程非安全，允许null作为key和value，key不可以重复，value允许重复，不保证元素迭代顺序是按照插入时的顺序，key的hash值是先计算key的hashcode值，然后再进行计算，每次容量扩容会重新计算所以key的hash值，会消耗资源，要求key必须重写equals和hashcode方法

默认初始容量16，加载因子0.75，扩容为旧容量乘2，查找元素快，如果key一样则比较value，如果value不一样，则按照链表结构存储value，就是一个key后面有多个value；

方法

1、添加：

V put(K key, V value) （可以相同的key值，但是添加的value值会覆盖前面的，返回值是前一个，如果没有就返回null）

putAll(Map<? extends K,?

extends V> m) 从指定映射中将所有映射关系复制到此映射中（可选操作）。

2、删除

remove() 删除关联对象，指定key对象

clear() 清空集合对象

3、获取

value get(key) 可以用于判断键是否存在的情况。当指定的键不存在的时候，返回的是null。

４、判断：

boolean isEmpty() 长度为0返回true否则false

boolean containsKey(Object

key) 判断集合中是否包含指定的key

boolean containsValue(Object

value) 判断集合中是否包含指定的value

4、长度：

Int size（）

map的主要的方法就这几个

Hashtable

Hashtable与HashMap类似，是HashMap的线程安全版，它支持线程的同步，即任一时刻只有一个线程能写Hashtable，因此也导致了Hashtale在写入时会比较慢，它继承自Dictionary类，不同的是它不允许记录的键或者值为null，同时效率较低。

LinkedHashMap

LinkedHashMap保存了记录的插入顺序，在用Iteraor遍历LinkedHashMap时，先得到的记录肯定是先插入的，在遍历的时候会比HashMap慢，有HashMap的全部特性。

TreeMap

基于红黑二叉树的NavigableMap的实现，线程非安全，不允许null，key不可以重复，value允许重复，存入TreeMap的元素应当实现Comparable接口或者实现Comparator接口，会按照排序后的顺序迭代元素，两个相比较的key不得抛出classCastException。主要用于存入元素的时候对元素进行自动排序，迭代输出的时候就按排序顺序输出

遍历

第一种：KeySet()

将Map中所有的键存入到set集合中。因为set具备迭代器。所有可以迭代方式取出所有的键，再根据get方法。获取每一个键对应的值。 keySet():迭代后只能通过get()取key 。取到的结果会乱序，是因为取得数据行主键的时候，使用了HashMap.keySet()方法，而这个方法返回的Set结果，里面的数据是乱序排放的。

    Map map = newHashMap();

   map.put("key1","lisi1");

   map.put("key2","lisi2");

   map.put("key3","lisi3");

   map.put("key4","lisi4"); 

    //先获取map集合的所有键的set集合，keyset（）

    Iterator it = map.keySet().iterator();

    //获取迭代器

   while(it.hasNext()){

        Object key =it.next();

       System.out.println(map.get(key));

    }

第二种： values() 获取所有的值.

Collection values()

不能获取到key对象

       Collection vs = map.values();

       Iterator it = vs.iterator();

        while(it.hasNext()) {

            Stringvalue = it.next();

           System.out.println(" value=" + value);

        }

第三种：entrySet（）

Set> entrySet() //

返回此映射中包含的映射关系的 Set 视图。（一个关系就是一个键-值对），就是把(key-value)作为一个整体一对一对地存放到Set集合当中的。Map.Entry表示映射关系。entrySet()：迭代后可以e.getKey()，e.getValue()两种方法来取key和value。返回的是Entry接口。典型用法如下：

// 返回的Map.Entry对象的Set集合 Map.Entry包含了key和value对象

       Set> es = map.entrySet();

       Iterator> it = es.iterator();

        while(it.hasNext()) {

            //返回的是封装了key和value对象的Map.Entry对象

           Map.Entry en = it.next();

            //获取Map.Entry对象中封装的key和value对象

            Integer key= en.getKey();

            Stringvalue = en.getValue();

           System.out.println("key=" + key + " value=" +value);

        }

推荐使用第三种方式，即entrySet()方法，效率较高。对于keySet其实是遍历了2次，一次是转为iterator，一次就是从HashMap中取出key所对于的value。而entryset只是遍历了第一次，它把key和value都放到了entry中，所以快了。两种遍历的遍历时间相差还是很明显的。

总结：

Vector和ArrayList

1，vector是线程同步的，所以它也是线程安全的，而arraylist是线程异步的，是不安全的。如果不考虑到线程的安全因素，一般用arraylist效率比较高。

2，如果集合中的元素的数目大于目前集合数组的长度时，vector增长率为目前数组长度的100%，而arraylist增长率为目前数组长度的50%。如果在集合中使用数据量比较大的数据，用vector有一定的优势。

3，如果查找一个指定位置的数据，vector和arraylist使用的时间是相同的，如果频繁的访问数据，这个时候使用vector和arraylist都可以。而如果移动一个指定位置会导致后面的元素都发生移动，这个时候就应该考虑到使用linklist,因为它移动一个指定位置的数据时其它元素不移动。

ArrayList 和Vector是采用数组方式存储数据，此数组元素数大于实际存储的数据以便增加和插入元素，都允许直接序号索引元素，但是插入数据要涉及到数组元素移动等内存操作，所以索引数据快，插入数据慢，Vector由于使用了synchronized方法（线程安全）所以性能上比ArrayList要差，LinkedList使用双向链表实现存储，按序号索引数据需要进行向前或向后遍历，但是插入数据时只需要记录本项的前后项即可，所以插入数度较快。

arraylist和linkedlist

1.ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构，LinkedList基于链表的数据结构。

2.对于随机访问get和set，ArrayList觉得优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针。

3.对于新增和删除操作add和remove，LinedList比较占优势，因为ArrayList要移动数据。 这一点要看实际情况的。若只对单条数据插入或删除，ArrayList的速度反而优于LinkedList。但若是批量随机的插入删除数据，LinkedList的速度大大优于ArrayList. 因为ArrayList每插入一条数据，要移动插入点及之后的所有数据。

HashMap与TreeMap

1、HashMap通过hashcode对其内容进行快速查找，而TreeMap中所有的元素都保持着某种固定的顺序，如果你需要得到一个有序的结果你就应该使用TreeMap（HashMap中元素的排列顺序是不固定的）。

2、在Map中插入、删除和定位元素，HashMap是最好的选择。但如果您要按自然顺序或自定义顺序遍历键，那么TreeMap会更好。使用HashMap要求添加的键类明确定义了hashCode()和 equals()的实现。

两个map中的元素一样，但顺序不一样，导致hashCode()不一样。

同样做测试：在HashMap中，同样的值的map,顺序不同，equals时，false;

而在treeMap中，同样的值的map,顺序不同,equals时，true，说明，treeMap在equals()时是整理了顺序了的。

HashTable与HashMap

1、同步性:Hashtable是线程安全的，也就是说是同步的，而HashMap是线程序不安全的，不是同步的。

2、HashMap允许存在一个为null的key，多个为null的value 。

3、hashtable的key和value都不允许为null。