Java集合汇总

​ Java容器类类库的用途是“保存对象”，并将其划分为两个不同的概念：

（1）Collection。一个独立元素的序列，这些元素都服从一条或多条规则。List必须按照插入的顺序保存元素，而Set不能有重复元素。Queue按照排队规则来确定对象产生的顺序。

（2）Map。一组成对的“键值对”对象，允许你使用键来查找值。映射表让我们能够使用一个对象来查找另一个对象，就像“字典”一样。Map是强大的编程工具。

Map接口和Collection接口的不同

• Map是双列的,Collection是单列的

• Map的键唯一,Collection的子体系Set是唯一的

• Map集合的数据结构是针对键有效，跟值无关

• Collection集合的数据结构是针对元素有效

一, Collection接口

(1). collection接口的成员方法

​增加: boolean add(E e)
​删除: boolean remove(Object o)
​清空: void clear()
​包含: boolean contains(Object o)
​判断为空: boolean isEmpty()
​容量: int size()

​boolean addAll(Collection c)
​boolean removeAll(Collection c)
​boolean containsAll(Collection c)
​boolean retainAll(Collection c)

(2). Object[] toArray()

​把集合转成数组，可以实现集合的遍历.

(3). Iterator iterator()

​迭代器，集合的专用遍历方式.

• 使用方法iterator()要求容器返回一个Iterator

• boolean hasNext() 检查是否有下一个元素

• E next() 获取下一个元素

• remove() 将迭代器新进返回的元素删除

1, List接口(继承Connection)

• ArrayList（开发中用的很多）

1. 底层数据结构是一个自增长的数组，查询快，增删慢.
2. 线程不安全，效率高.

• LinkedList

1. 底层数据结构是链表（存储地址不连续），查询慢，增删快
2. 线程不安全，效率高
3. LinkedList类特有功能
   public void addFirst(E e)及addLast(E e)
   public E getFirst()及getLast()
   public E removeFirst()及public E removeLast()

• Vector

1. 底层数据结构是也是数组，查询快，增删慢.

2. 线程安全，效率低.

3. Vector类特有功能：

   public void addElement(E obj)
   public E elementAt(int index)
   public Enumeration elements()

2, Set接口(继承Connection)

​Set是一个不包含重复元素的 collection。Set中最常被使用的是测试归属性，你可以很容易的查询某个对象是否在其中。正因如此，查找成了set中的重要操作，因此你通常都会选择一个HashSet实现，它专门进行了优化。

​Set具有与Collection完全一样的接口，因此没有任何额外的功能，不像List一样有不同的list。实际上Set就是Collection，只是行为不同。加入Set的元素必须定义equals方法以确保对象的唯一性

• HashSet：为快速查找而设计的Set。存入HashSet的元素必须定义hashCode()方法,不保证set的迭代顺序,特别是它不保证该顺序恒久不变。
  HashSet如何保证元素唯一性?底层数据结构是哈希表(元素是链表的数组)哈希表依赖于哈希值存储添加功能底层依赖两个方法： int hashCode()
  boolean equals(Object obj)

• LinkedHashSet:具有HashSet的查询速度，且内部使用链表维护元素的顺序（插入的次序）。于是在使用迭代器遍历Set时，结果会按元素插入的次序显示。元素也必须定义hashCode()方法

1. 元素有序唯一
2. 由链表保证元素有序
3. 由哈希表保证元素唯一

• TreeSet：保持次序的set，底层为树结构。使用它可以从set中提取有序的序列。元素必须实现Comparable接口。

1. 使用元素的自然顺序对元素进行排序
2. 或者根据创建 set 时提供的 Comparator 进行排序
3. 具体取决于使用的构造方法。

必须提的一点：TreeSet是如何保证元素的排序和唯一性的？

​底层数据结构是红黑树(红黑树是一种自平衡的二叉树)！

各种set集合性能分析

• HashSet和TreeSet是Set集合中用得最多的集合。HashSet总是比TreeSet集合性能好，因为HashSet不需要额外维护元素的顺序。
• LinkedHashSet需要用额外的链表维护元素的插入顺序，因此在插入时性能比HashSet低，但在迭代访问（遍历）时性能更高。因为插入的时候即要计算hashCode又要维护链表，而遍历的时候只需要按链表来访问元素。
• EnumSet元素是所有Set元素中性能最好的，但是它只能保存Enum类型的元素

3, Queue接口

    Queue队列，它主要分为两大类，一类是阻塞式队列，队列满了以后再插入元素则会抛出异常，主要包括ArrayBlockQueue、PriorityBlockingQueue、LinkedBlockingQueue。另一类则是双端队列，支持在头、尾两端插入和移除元素，主要包括：ArrayDeque、LinkedBlockingDeque、**LinkedList**。

​Queue用于模拟队列这种数据结构，队列通常是指“先进先出”的容器。队列的头部保存在队列中时间最长的元素，队列的尾部 保存在队列中时间最短的元素。新元素插入到队列的尾部，访问元素操作会返回队列头部的元素。通常，队列不允许随机访问队列中的元素。
Queue接口中定义了如下操作方法：
​void add(Object e): 将指定元素加入此队列的尾部。
​Object element(): 获取队列头部的元素，但是不删除该元素。
​boolean offer(Object e): 将指定元素加入此队列的尾部。当使用有容量限制的队列时，此方法通常比add(Object e)方法更好。
​Object peek(): 获取队列头部的元素，但是不删除该元素。如果此队列为空，则返回null。
​Object poll(): 获取队列头部的元素，并删除该元素。如果此队列为空，则返回null。
​Object remove(): 获取队列头部的元素，并删除该元素。
Queue有两个常用的实现类：LinkedList和PriorityQueue。

​LinkedList类 是一个比较奇怪的类，它是List接口的实现类–这意味着它是一个List集合，可以根据索引来随机访问集合中的元素。除此之外，LinkedList还实现了Deque接口，Deque接口是Queue接口的子接口，它代表一个双向队列Deque接口里定义了一些可以双向操作队列的方法。

​LinkedList与ArrayList的实现机制完全不同，ArrayList内部以数组的形式来保存集合中的元素，因此随机访问集合元素上有较好的性能；而LinkedList内部以链表的形式来保存集合中的元素，因此随机访问集合元素时性能较差，但在插入、删除元素时性能非常出色（只需改变指针所指的地址即可）。
通常的编程过程中无须理会ArrayList和LinkedList之间的性能差异，只需知道LinkedList集合不仅提供了List的
功能，还额外提供了的双向队列、栈的功能。但在一些性能非常敏感的地方，可能需要慎重选择哪个List实现。

4, Map接口(实现Connection)

Map的思想，映射表（也可以称为关联数组）的基本思想是它维护的键-值（对）关联，因此你可以使用键来查找值。标准的Java类库中包含了Map的集中基本实现类，包括HashMap，TreeMap、LinkedHashMap、WeakHashMap，ConcurrentHashMap、IdentityHashMap。它们都有同样的基本接口Map，但是行为特效各不同，这表现在效率、键值对的保存及呈现次序、对象的保存周期、映射表如何在多线程程序中工作和判定“键”等价的策略等方面。Map接口实现的数量应该可以让你感觉到这种工具的重要性。

Map接口成员方法：

V put(K key,V value)
V remove(Object key)
void clear()
boolean containsKey(Object key)
boolean containsValue(Object value)
boolean isEmpty()
int size()
V get(Object key)
Set keySet()
Collection values()
Set<Map.Entry<K,V>> entrySet()
这里提一下Map的遍历方式吧：

方式1：根据键找值
获取所有键的集合
遍历键的集合，获取到每一个键
根据键找值

方式2：根据键值对对象找键和值

           获取所有键值对对象的集合
           遍历键值对对象的集合，获取到每一个键值对对象
           根据键值对对象找键和值

• HashMap：Map基于散列表的实现（它取代 了Hashtable）。插入和查询“键值对”的开销是固定的。可以通过构造器设置容器和负载因子，以调整容器的性能。
• LinkedHashMap：类似于HashMap，但是迭代遍历它时，取得“键值对”的顺序是其插入次序，或者是最近最少使用的（LRU）的次序。只是比HashMap慢一点，而在迭代访问时，反而更快，因为它使用链表维护内部次序。
• TreeMap：基于红黑树的实现，查看“键”或“键值对”时，它们会被排序（次序由Comparable或Comparator决定）。TreeMap的特点在于所得到的结果是经过排序的。TreeMap是唯一带有subMap()方法的Map，它可以返回一个子树
• WeakHashMap：弱键（weak key）映射，允许释放映射所指向的对象，这是为解决某类特殊问题而设计的。如果映射之外没有引用指向某个“键”，则此键可以被垃圾回收器回收。
• ConcurrentHashMap：一种线程安全的Map，它不涉及加同步锁。
• IdentityHashMap：使用==代替equals()对“键”进行比较的散列映射。专为解决特殊问题而设计的。

既然谈到了HashMap那么就来总结一下与Hashtable的不同，最直观的方法，看其底层实现的源码。

1.它们的家族就不同，虽然都实现了Map接口，但HashMap是继承自AbstractMap，Hashtable继承自古老的Dictionary

2.HashMap是允许key为null的，而Hashtbale是不允许的

3.在Hashtable的源码里，一眼我们就能看到一个关键字 -----**synchronized ，**所以其是线程同步的，HashMap不是线程同步的，所以效率会高上一些,简而言之，HashMap是Hashtable的轻量级实现（非线程安全实现）

​最大的不同是，Hashtable的方法是Synchronize的，而HashMap不是，在多个线程访问Hashtable时，不需要自己为它的方法实现同步，而HashMap 就必须为之提供外同步(Collections.synchronizedMap)。

二、各种集合的异同点

1、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，都是0(1),这个时候使用vector和arraylist都可以。而如果移动一个指定位置的数据花费的时间为0(n-i)n为总长度，这个时候就应该考虑到使用arraylist,因为它移动一个指定位置的数据所花费的时间为0(1),而查询一个指定位置的数据时花费的时间为0(i)。

     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！

2、Aarraylist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绝对优于LinkedList，因为LinkedList要移动指针。
     3.对于新增和删除操作add和remove，LinkedList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。

3、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）。集合框架”提供两种常规的Map实现：HashMap和TreeMap (TreeMap实现SortedMap接口)。

     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。 TreeMap没有这个调优选项，因为该树总处于平衡状态。

4、hashtable与hashmap

     1、历史原因:Hashtable是基于陈旧的Dictionary类的，HashMap是Java 1.2引进的Map接口的一个实现 。

     2、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 。

     3、值：只有HashMap可以让你将空值作为一个表的条目的key或value 。

三、对集合的选择

1、对List的选择

     1、对于随机查询与迭代遍历操作，数组比所有的容器都要快。所以在随机访问中一般使用ArrayList

     2、LinkedList使用双向链表对元素的增加和删除提供了非常好的支持，而ArrayList执行增加和删除元素需要进行元素位移。

     3、对于Vector而言，我们一般都是避免使用。

     4、将ArrayList当做首选，毕竟对于集合元素而已我们都是进行遍历，只有当程序的性能因为List的频繁插入和删除而降低时，再考虑LinkedList。

2、对Set的选择

     1、HashSet由于使用HashCode实现，所以在某种程度上来说它的性能永远比TreeSet要好，尤其是进行增加和查找操作。

     3、虽然TreeSet没有HashSet性能好，但是由于它可以维持元素的排序，所以它还是存在用武之地的。

3、对Map的选择

     1、HashMap与HashSet同样，支持快速查询。虽然HashTable速度的速度也不慢，但是在HashMap面前还是稍微慢了些，所以HashMap在查询方面可以取代HashTable。

     2、由于TreeMap需要维持内部元素的顺序，所以它通常要比HashMap和HashTable慢。