集合类 List/Set/Map 的区别和联系

ava.util包中就包含了一系列重要的集合类，而对于集合类，主要需要掌握的就是它的内部结构，以及遍历集合的迭代模式。

接口：Collection

所有集合类的根类型，主要的一个接口方法：boolean add(Ojbect c)
虽返回的是boolean，但不是表示添加成功与否，因为Collection规定：一个集合拒绝添加这个元素，无论什么原因，都必须抛出异常，这个返回值表示的意义是add()执行后，集合的内容是否改了（就是元素有无数量、位置等变化）。类似的 addAll，remove，removeAll，remainAll也是一样的。

用Iterator模式实现遍历集合

Collection有一个重要的方法：iterator()，返回一个Iterator（迭代子），用于遍历集合的所有元素。Iterator模式可以把访问逻辑从不同类的集合类中抽象出来，从而避免向客户端暴露集合的内部结构。

for(Iterator it = c.iterator(); it.hasNext();) {...}

不需要维护遍历集合的“指针”，所有的内部状态都有Iterator来维护，而这个Iterator由集合类通过工厂方法生成。

每一种集合类返回的Iterator具体类型可能不同，但它们都实现了Iterator接口，因此，我们不需要关心到底是哪种Iterator，它只需要获得这个Iterator接口即可，这就是接口的好处，面向对象的威力。

要确保遍历过程顺利完成，必须保证遍历过程中不更改集合的内容（Iterator的remove()方法除外），所以，确保遍历可靠的原则是：只在一个线程中使用这个集合，或者在多线程中对遍历代码进行同步。

JAVA Map集合类介绍

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。

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。

LinkedList类
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
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。
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）。

Vector类
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
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。

Hashtable类
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
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。

Collection ：List、Set
Map ：HashMap、HashTable

如何在它们之间选择

一、Array ， Arrays

Java 所有“存储及随机访问一连串对象”的做法，array是最有效率的一种。

1、
效率高，但容量固定且无法动态改变。
array还有一个缺点是，无法判断其中实际存有多少元素，length只是告诉我们array的容量。

2、Java 中有一个Arrays类，专门用来操作array 。
     arrays中拥有一组static函数，
equals()：比较两个array是否相等。array拥有相同元素个数，且所有对应元素两两相等。
fill()：将值填入array中。
sort()：用来对array进行排序。
binarySearch()：在排好序的array中寻找元素。
System.arraycopy()：array的复制。

二、Collection ， Map

若撰写程序时不知道究竟需要多少对象，需要在空间不足时自动扩增容量，则需要使用容器类库，array不适用。

1、Collection 和 Map 的区别

容器内每个为之所存储的元素个数不同。
Collection类型者，每个位置只有一个元素。
Map类型者，持有 key-value pair，像个小型数据库。

2、各自旗下的子类关系

Collection
     --List ：将以特定次序存储元素。所以取出来的顺序可能和放入顺序不同。
           -- ArrayList / LinkedList / Vector
     --Set ： 不能含有重复的元素
           --HashSet / TreeSet
Map
     -- HashMap
    -- HashTable
    -- TreeMap

3、其他特征

*   List，Set，Map将持有对象一律视为Object型别。
*   Collection、List、Set、Map都是接口，不能实例化。
    继承自它们的 ArrayList, Vector, HashTable, HashMap是具象class，这些才可被实例化。
*   vector容器确切知道它所持有的对象隶属什么型别。vector不进行边界检查。

三、Collections

Collections是针对集合类的一个帮助类。 提供了一系列静态 方法实现对各种集合的搜索、排序、线程完全化等操作。
相当于对Array进行类似操作的类——Arrays。
如，Collections.max(Collection coll); 取coll中最大的元素。
     Collections.sort(List list); 对list中元素排序

四、如何选择？

1、容器类和Array的区别、择取
    *   容器类仅能持有对象引用（指向对象的指针），而不是将对象信息copy一份至数列某位置。
    *   一旦将对象置入容器内，便损失了该对象的型别信息。

2、
   *   在各种Lists中，最好的做法是以ArrayList作为缺省选择。当插入、删除频繁时，使用LinkedList()；
      Vector总是比ArrayList慢，所以要尽量避免使用。
   *   在各种Sets中，HashSet通常优于HashTree（插入、查找）。只有当需要产生一个经过排序的序列，才用TreeSet。
      HashTree存在的唯一理由：能够维护其内元素的排序状态。
   *   在各种Maps中
      HashMap用于快速查找。
   *   当元素个数固定，用Array，因为Array效率是最高的。

结论：最常用的是ArrayList，HashSet，HashMap，Array。

注意：

1、Collection没有get()方法 来取得某个元素。只能通过iterator()遍历元素。
2、Set 和Collection拥有一模一样的接口。
3、List ，可以通过get()方法来一次取出一个元素 。使用数字来选择一堆对象中的一个，get(0)...。(add/get)
4、一般使用ArrayList。用LinkedList构造堆栈stack、队列queue 。

5、Map用 put(k,v) / get(k) ，还可以使用containsKey()/containsValue()来检查其中是否含有某个key/value。
    HashMap会利用对象的hashCode来快速找到key。
     *   hashing
        哈希码就是将对象的信息经过一些转变形成一个独一无二的int值，这个值存储在一个array中。
        我们都知道所有存储结构中，array查找速度是最快的。所以，可以加速查找。
      
        发生碰撞时，让array指向多个values。即，数组每个位置上又生成一个梿表。

6、Map中元素，可以将key序列、value序列单独抽取出来。
使用keySet() 抽取key序列，将map中的所有keys生成一个Set。
使用values( ) 抽取value序列，将map中的所有values生成一个Collection。

为什么一个生成Set，一个生成Collection？那是因为，key总是独一无二的，value允许重复。

Collection：List、Set
Map：HashMap、HashTable

 

遍历map的一种高效方法：

Map userInfoMaps = new HashMap();

  Set> userInfoSet = userInfoMaps.entrySet();

  for (Iterator> it = userInfoSet.iterator(); it
    .hasNext();) {

   Entry entry = it.next();

   String key = entry.getKey();
   String value = entry.getValue();

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

  }