Java集合类简介

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，但是插入数据要设计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！

 

 

线性表，链表，哈希表是常用的数据结构，在进行Java开发时，JDK已经为我们提供了一系列相应的类来实现基本的数据结构。这些类均在java.util包中。本文试图通过简单的描述，向读者阐述各个类的作用以及如何正确使用这些类。

 

Collection

├List

│├LinkedList

│├ArrayList

│├Vector

│　└Stack

└Set

Map

├Hashtable

├HashMap

└WeakHashMap

 

Collection接口

　　Collection是最基本的集合接口，一个Collection代表一组Object，即Collection的元素（Elements）。一些 Collection允许相同的元素而另一些不行。一些能排序而另一些不行。Java SDK不提供直接继承自Collection的类，Java SDK提供的类都是继承自Collection的“子接口”如List和Set。

　　所有实现Collection接口的类都必须提供两个标准的构造函数：无参数的构造函数用于创建一个空的Collection，有一个Collection参数的构造函数用于创建一个新的Collection，这个新的Collection与传入的Collection有相同的元素。后一个构造函数允许用户复制一个Collection。

　　如何遍历Collection中的每一个元素？不论Collection的实际类型如何，它都支持一个iterator()的方法，该方法返回一个迭代子，使用该迭代子即可逐一访问Collection中每一个元素。典型的用法如下：

　　　　Iterator it = collection.iterator(); // 获得一个迭代子

　　　　while(it.hasNext()) {

　　　　　　Object obj = it.next(); // 得到下一个元素

　　　　}

　　由Collection接口派生的两个接口是List和Set。

 

由Collection接口派生的两个接口是List和Set。主要方法:

boolean add(Object o)添加对象到集合

boolean remove(Object o)删除指定的对象

int size()返回当前集合中元素的数量

boolean contains(Object o)查找集合中是否有指定的对象

boolean isEmpty()判断集合是否为空

Iterator iterator()返回一个迭代器

boolean containsAll(Collection c)查找集合中是否有集合c中的元素

boolean addAll(Collection c)将集合c中所有的元素添加给该集合

void clear()删除集合中所有元素

void removeAll(Collection c)从集合中删除c集合中也有的元素

void retainAll(Collection c)从集合中删除集合c中不包含的元素

 

List接口

　　List是有序的Collection，使用此接口能够精确的控制每个元素插入的位置。用户能够使用索引（元素在List中的位置，类似于数组下标）来访问List中的元素，这类似于Java的数组。

和下面要提到的Set不同，List允许有相同的元素。

　　除了具有Collection接口必备的iterator()方法外，List还提供一个listIterator()方法，返回一个 ListIterator接口，和标准的Iterator接口相比，ListIterator多了一些add()之类的方法，允许添加，删除，设定元素，还能向前或向后遍历。

　　实现List接口的常用类有LinkedList，ArrayList，Vector和Stack。

 

    主要方法:

void add(int index,Object element)在指定位置上添加一个对象

boolean addAll(int index,Collection c)将集合c的元素添加到指定的位置

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.

Object removeint(int index)删除指定位置的元素

Object set(int index,Object element)用元素

element取代位置index上的元素,返回被取代的元素

 

LinkedList类(非同步的)

　　LinkedList实现了List接口，允许null元素。此外LinkedList提供额外的get，remove，insert方法在 LinkedList的首部或尾部。这些操作使LinkedList可被用作堆栈（stack），队列（queue）或双向队列（deque）。

　　注意LinkedList没有同步方法。如果多个线程同时访问一个List，则必须自己实现访问同步。一种解决方法是在创建List时构造一个同步的List：

　　　　List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));

 

ArrayList类(非同步的)

　　ArrayList实现了可变大小的数组。它允许所有元素，包括null。ArrayList没有同步。

size，isEmpty，get，set 方法运行时间为常数。但是add方法开销为分摊的常数，添加n个元素需要O(n)的时间。其他的方法运行时间为线性。(ArrayList和Vector 在从指定位置取得元素，从容器的末尾增加和删除元素都非常的有效，所有的这些操作都能在一个常数级的时间(O(1))内完成。但是从一个其他的位置增加和删除一个元素就显得颇为费时，差不多需要的时间为O(n-i)，这里的n代表元素个数，i代表要增加和删除的元素所在的位置。这些操作需花费更多的时间，因为你需要挨个移动i和更高位置的元素。)

　　每个ArrayList实例都有一个容量（Capacity），即用于存储元素的数组的大小。这个容量可随着不断添加新元素而自动增加，但是增长算法并没有定义。当需要插入大量元素时，在插入前可以调用ensureCapacity方法来增加 ArrayList的容量以提高插入效率。

　　和LinkedList一样，ArrayList也是非同步的（unsynchronized）。

 

主要方法:

Boolean add(Object o)将指定元素添加到列表的末尾

Boolean add(int index,Object element)在列表中指定位置加入指定元素

Boolean addAll(Collection c)将指定集合添加到列表末尾

Boolean addAll(int index,Collection c)在列表中指定位置加入指定集合

Boolean clear()删除列表中所有元素Boolean clone()返回该列表实例的一个拷贝

Boolean contains(Object o)判断列表中是否包含元素

Boolean ensureCapacity(int m)增加列表的容量,如果必须,该列表能够容纳m个元素

Object get(int index)返回列表中指定位置的元素

Int indexOf(Object elem)在列表中查找指定元素的下标

Int size()返回当前列表的元素个数

 

 

Vector类(同步的)

　　Vector非常类似ArrayList，但是Vector是同步的。由Vector创建的Iterator，虽然和ArrayList创建的Iterator是同一接口，但是，因为Vector是同步的，当一个Iterator被创建而且正在被使用，另一个线程改变了Vector的状态（例如，添加或删除了一些元素），这时调用Iterator的方法时将抛出ConcurrentModificationException，因此必须捕获该异常。

 

Stack 类(同步的)

　　Stack继承自Vector，实现一个后进先出的堆栈。Stack提供5个额外的方法使得Vector得以被当作堆栈使用。基本的push和pop方法，还有peek方法得到栈顶的元素，empty方法测试堆栈是否为空，search方法检测一个元素在堆栈中的位置。Stack刚创建后是空栈。

 

Set接口

　　Set是一种不包含重复的元素的Collection，即任意的两个元素e1和e2都有e1.equals(e2)=false，Set最多有一个null元素。

　　很明显，Set的构造函数有一个约束条件，传入的Collection参数不能包含重复的元素。

　　请注意：必须小心操作可变对象（Mutable Object）。如果一个Set中的可变元素改变了自身状态导致Object.equals(Object)=true将导致一些问题。

 

Map接口

　　请注意，Map没有继承Collection接口，Map提供key到value的映射。一个Map中不能包含相同的key，每个key只能映射一个 value。Map接口提供3种集合的视图，Map的内容可以被当作一组key集合，一组value集合，或者一组key-value映射。

 

    主要方法:

boolean equals(Object o)比较对象

boolean remove(Object o)删除一个对象

put(Object key,Object value)添加key和value

 

 

Hashtable类(同步的)

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

　　添加数据使用put(key, value)，取出数据使用get(key)，这两个基本操作的时间开销为常数。

Hashtable通过initial capacity和load factor(装填因子)两个参数调整性能。通常缺省的load factor 0.75较好地实现了时间和空间的均衡。增大load factor可以节省空间但相应的查找时间将增大，这会影响像get和put这样的操作。

使用Hashtable的简单示例如下，将1，2，3放到Hashtable中，他们的key分别是”one”，”two”，”three”：

　　　　Hashtable numbers = new Hashtable();

　　　　numbers.put(“one”, new Integer(1));

　　　　numbers.put(“two”, new Integer(2));

　　　　numbers.put(“three”, new Integer(3));

　　要取出一个数，比如2，用相应的key：

　　　　Integer n = (Integer)numbers.get(“two”);

　　　　System.out.println(“two = ” + n);

　　由于作为key的对象将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的对象都必须实现hashCode和equals方法。hashCode和equals方法继承自根类Object，如果你用自定义的类当作key的话，要相当小心，按照散列函数的定义，如果两个对象相同，即obj1.equals(obj2)=true，则它们的hashCode必须相同，但如果两个对象不同，则它们的hashCode不一定不同，如果两个不同对象的hashCode相同，这种现象称为冲突，冲突会导致操作哈希表的时间开销增大，所以尽量定义好的hashCode()方法，能加快哈希表的操作。

　　如果相同的对象有不同的hashCode，对哈希表的操作会出现意想不到的结果（期待的get方法返回null），要避免这种问题，只需要牢记一条：要同时复写equals方法和hashCode方法，而不要只写其中一个。

　　Hashtable是同步的。

 

HashMap类(非同步的)

　　HashMap和Hashtable类似，不同之处在于HashMap是非同步的，并且允许null，即null value和null key。，但是将HashMap视为Collection时（values()方法可返回Collection），其迭代子操作时间开销和HashMap的容量成比例。因此，如果迭代操作的性能相当重要的话，不要将HashMap的初始化容量设得过高，或者load factor过低。

 

WeakHashMap类

　　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

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

 

同步性

Vector是同步的。这个类中的一些方法保证了Vector中的对象是线程安全的。而ArrayList则是异步的，因此ArrayList中的对象并不是线程安全的。因为同步的要求会影响执行的效率，所以如果你不需要线程安全的集合那么使用ArrayList是一个很好的选择，这样可以避免由于同步带来的不必要的性能开销。

数据增长

从内部实现机制来讲ArrayList和Vector都是使用数组(Array)来控制集合中的对象。当你向这两种类型中增加元素的时候，如果元素的数目超出了内部数组目前的长度它们都需要扩展内部数组的长度，Vector缺省情况下自动增长原来一倍的数组长度，ArrayList是原来的50%,所以最后你获得的这个集合所占的空间总是比你实际需要的要大。所以如果你要在集合中保存大量的数据那么使用Vector有一些优势，因为你可以通过设置集合的初始化大小来避免不必要的资源开销。

使用模式

在ArrayList和Vector中，从一个指定的位置（通过索引）查找数据或是在集合的末尾增加、移除一个元素所花费的时间是一样的，这个时间我们用O(1)表示。但是，如果在集合的其他位置增加或移除元素那么花费的时间会呈线形增长：O(n-i)，其中n代表集合中元素的个数，i代表元素增加或移除元素的索引位置。为什么会这样呢？以为在进行上述操作的时候集合中第i和第i个元素之后的所有元素都要执行位移的操作。这一切意味着什么呢？

这意味着，你只是查找特定位置的元素或只在集合的末端增加、移除元素，那么使用Vector或 ArrayList都可以。如果是其他操作，你最好选择其他的集合操作类。比如，LinkList集合类在增加或移除集合中任何位置的元素所花费的时间都是一样的?O(1)，但它在索引一个元素的使用缺比较慢－O(i),其中i是索引的位置.使用ArrayList也很容易，因为你可以简单的使用索引来代替创建iterator对象的操作。LinkList也会为每个插入的元素创建对象，所有你要明白它也会带来额外的开销。

最后，在《Practical Java》一书中Peter Haggar建议使用一个简单的数组（Array）来代替Vector或ArrayList。尤其是对于执行效率要求高的程序更应如此。因为使用数组(Array)避免了同步、额外的方法调用和不必要的重新分配空间的操作。

 

 

 

 

 

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。  这一点我做了实验。在分别有200000条“记录”的ArrayList和LinkedList的首位插入20000条数据，LinkedList耗时约是ArrayList的20分之1。

for(int m=0;m<20000;m++)...{

        linkedlist.add(m,null);      //当在200000条数据之前插入20000条数据时，LinkedList只用了1125多ms.这就是LinkedList的优势所在

        }

        long time4 = new Dte().getTime();

        System.out.print("batch linkedlist add:");

        System.out.println(time4 - time3);

        for(int n=0;n<20000;n++)...{

        arraylist.add(n, null);  //当在200000条数据之前插入20000条数据时，ArrayList用了18375多ms.时间花费是arraylist的近20倍(视测试时机器性能)

        }

        long time5 = new Date().getTime();

        System.out.print("batch arraylist add:");

        System.out.println(time5 - time4);

 

 

4.查找操作indexOf,lastIndexOf,contains等，两者差不多。

5.随机查找指定节点的操作get，ArrayList速度要快于LinkedList.

这里只是理论上分析，事实上也不一定，ArrayList在末尾插入和删除数据的话，速度反而比LinkedList要快。我做过一个插入和删除200000条数据的试验。

        long time1 = new Date().getTime();

        String s1 = (String) linkedlist.get(100000);//  总记录200000，linkedlist加载第100000条数据耗时15~32ms不等

        long time2 = new Date().getTime();

        System.out.println(time2 - time1);

        String s2 = (String) arraylist.get(100000);//  总记录200000，linkedlist加载第100000条数据耗时0ms

        long time3 = new Date().getTime();

        System.out.println(time3 - time2);

 

 

    /**//*分别insert200000条数据到linkedlist和arraylist

    *由于是在末尾插入数据，arraylist的速度比linkedlist的速度反而要快

    */

    public static void insertList(LinkedList linklist, ArrayList arraylist) ...{

        long time1 = new Date().getTime();

        System.out.println(time1);

        for (int i = 0; i < 200000; i++) ...{

            linklist.add(i, "linklist" + i);

        }

        long time2 = new Date().getTime();

        System.out.println(time2 - time1);

        for (int j = 0; j < 200000; j++) ...{

            arraylist.add(j, "arraylist" + j);

        }

        long time3 = new Date().getTime();

        System.out.println(time3 - time2);

    }

 

 

/**//*delete linkedlist和arraylist中的200000条数据

    *由于是在末尾删除数据，arraylist的速度比linkedlist的速度反而要快

    */

    public static void deleteList(LinkedList linklist, ArrayList arraylist) ...{

        long time1 = new Date().getTime();

        System.out.println(time1);

        for (int i = 199999; i >= 0; i--) ...{

            linklist.remove(i);

        }

        long time2 = new Date().getTime();

        System.out.println(time2 - time1);

        for (int j = 199999; j >= 0; j--) ...{

            arraylist.remove(j);

        }

        long time3 = new Date().getTime();

        System.out.println(time3 - time2);

    }

 

    public static void main(String args[]) ...{

        LinkedList linkedlist = new LinkedList();

        ArrayList arraylist = new ArrayList();

        insertList(linkedlist, arraylist);

 

                                        //以下代码省略

 

插入：

LinkedList 578ms

ArrayList 437ms

删除：

LinkedList 31ms

ArrayList 16ms

 

 

 

比较一下ArrayList和LinkedList：

1.ArrayList是基于数组，LinkedList基于链表实现。

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。

4.查找操作indexOf,lastIndexOf,contains等，两者差不多。

这里只是理论上分析，事实上也不一定，比如ArrayList在末尾插入和删除数据就不设计到数据移动，不过还是

有这么个建议：随机访问比较多的话一定要用ArrayList而不是LinkedList，如果需要频繁的插入和删除应该

考虑用LinkedList来提高性能。

 

如果z 引用一个当前内容是“start”的字符串缓冲区对象，则此方法调用 z.append("le") 会使字符串缓冲区包含“startle”，而 z.insert(4, "le") 将更改字符串缓冲区，使之包含“starlet”。 

 

每个字符串缓冲区都有一定的容量。只要字符串缓冲区所包含的字符序列的长度没有超出此容量，就无需分配新的内部缓冲区数组。如果内部缓冲区溢出，则此容量自动增大。从 JDK 5 开始，为该类补充了一个单个线程使用的等价类，即 StringBuilder。与该类相比，通常应该优先使用 StringBuilder 类，因为它支持所有相同的操作，但由于它不执行同步，所以速度更快。 例如：如果 sb 引用 StringBuilder 的一个实例，则 sb.append(x) 和 sb.insert(sb.length(), x) 具有相同的效果。java.lang.StringBuilder一个可变的字符序列。此类提供一个与 StringBuffer 兼容的 API，但不保证同步。该类被设计用作 StringBuffer 的一个简易替换，用在字符串缓冲区被单个线程使用的时候（这种情况很普遍）。如果可能，建议优先采用该类，因为在大多数实现中，它比 StringBuffer 要快。在 StringBuilder 上的主要操作是 append 和 insert 方法，可重载这些方法，以接受任意类型的数据。每个方法都能有效地将给定的数据转换成字符串，然后将该字符串的字符追加或插入到字符串生成器中。 append 方法始终将这些字符添加到生成器的末端；而 insert 方法则在指定的点添加字符。

 

String / StringBuffer /StringBuilder，在字符串连接操作上性能依次加强，我曾经做过一个实验，连续进行10000次的字符串操作，三者速度上的差距是惊人的。在确切知道是不变字符串的情况下，还是用String最好，因为Java语言中String采用了享元模式（Flyweight），在JVM中只存在一份相同的String 。在确定循环次数时，尽量使用for循环，在循环嵌套中尽量将大循环放到外层，小循环放到内层，这点与VB等语言恰好相反，经过代码测试的，不过还不知道原因。总之，在VB等微软系列语言中用小套大会快很多，而在JAVA中用大套小会快很多！当然这是指两者能互相替换的时候，比如二维数组遍觅等！

 

如果字符串特别长，采用charAt逐一获取特定位置的字符是非常耗时的。因为每次获取制定索引位置的字符都要引起新的检索过程，更好的办法是将字符串通过调用toCharArray方法转换成字符数组，然后通过数组索引值获得指定位置的字符。

 

对于boolean值，避免不必要的等式判断将一个boolean值与一个true比较是一个恒等操作(直接返回该boolean 变量的值). 移走对于boolean的不必要操作至少会带来2个好处： 1)代码执行的更快 (生成的字节码少了5个字节)； 2)代码也会更加干净。

 

关于使用SESSION问题上，尽量不要将大对象放到HttpSession或其他须序列化的对象中，并注意及时清空Session。