Java集合框架库

1. 集合简介

1.1 集合概念

什么是集合：存储数据的容器。 数组、数据库也可以存储数据。

1.2 集合的作用

1. 集合的作用：存储数据。
2. 集合的使用场景：对元素数量没有明确判断，并且容易发生改变，存储好的数据有很多复杂的后续操作。

1.3 集合和其他容器的比较

1. 数据库：mysql文件类型的数据库。数据可以长时间存储，从而可以使数据反复的使用。
2. 数组 / 集合：暂存，单次使用。项目运行起来：创建数组或者集合，将数据存进去。一旦项目结束数组和集合都不存在，数据也随即不存在。
3. 数组的缺点：(1)扩容操作可能在代码中要出现多次。(2)数组越界。

Integer[] arr = new Integer[10];
//异常：数组越界
//下标：index
int get(int index, Integer[] arr){
	if(index > 0 && index < arr.length)
		return arr[index];
}

4. 集合：对普通数据结构的封装。

   数组：ArrayList、Vector对数组封装，会自动扩容，自动判断下标是否越界。
   链表：LinkedList
   堆：优先级队列
   

5. 数组和集合相比：

   1.数组是静态的，集合是动态的。
   2.集合功能更全面（功能之一：下标是否越界）
   3.数组需要指定类型，存储的数据必须是该类型。
     集合创建时不需要（可有可无）。如果有，存储数据必须是该类型；如果没有，存储数据可以是任意的。
     注意：集合指定存储数据类型的方式用的较多，原因是更好管理
   4.数组在指定类型时，既可以使用普通类型，也可以使用引用类型。
     集合只能使用引用类型。
   5.数组是Java内置类型，数组效率更高。
   
   什么时候用集合，什么时候用数组？
   	数组：对元素数量有明确的判断，并且轻易不会发生改变，存储好的数据不会有太多复杂后续操作。
   	集合与之相反。
   

2. 集合框架库概述

集合框架主要结构图：

3大部分：Iterator、Collection、Map

（面试）集合框架中的顶级接口有哪些：Collection、Map

各个接口的特点：

1. Iterator：迭代器遍历集合，从前向后遍历。

   ListIterator接口：是Iterator接口的子接口，可以进行双向输出，既可以从前向后遍历，也可以从后向前。 
   

2. Collection接口：是存放一组单值的最大接口。
   所谓的单值是指集合中的每个元素都是一个对象。一般很少直接使用此接口直接操作。

   （1）List接口：是Collection接口的子接口，也是最常用的接口。此接口对Collection接口进行了大量的扩充，里面的内容是允许重复允许为NULL的并且有序(插入的顺序)。
   	ArrayList ：【 22】 【 11】 【15】【null】【15】
   （2）Set接口：是Collection接口的子类，没有对Collection接口进行扩充，里面不允许存放重复内容！
   	SortedSet接口：单值的排序接口。实现此接口的集合类，里面的内容可以使用比较器排序。
   	TreeSet 【 11】 【 15】 【22】
   （3）Queue接口：是Collection接口的子接口，队列接口，具有队列先入先出的特点。此接口的子类可以实现队列操作。
   

3. Map接口：是存放一对值的最大接口！即接口中的每个元素都是一对，以key --> value的形式保存，并且Key是不重复的，元素的存储位置由key决定。也就是可以通过key去寻找key-value的位置，从而得到value的值。适合做查找工作。

   （1）SortedMap接口：存放一对值的排序接口。实现此接口的集合类，里面的内容按照key排序，使用比较器排序。（大小有序）
   	HashMap：双值 key value【小明 10】【小红 20】【小强 30】
   	TreeMap：【15 10】【22 20】【33 30】（有序）
   

4. 所有的集合要么是Map接口下，要么是Collection接口下的。要么存放单值元素，要么存放双值元素。

5. 接口不能实例化对象，具体的类才能实例化对象。

3.迭代器

3.1 迭代器模式

1. 迭代器模式

   提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素，而又不暴露其内部的表示。
   

2. 作用

   （1）遍历集合时，不暴露集合内部结构。
   （2）为遍历不同的聚合结构提供一个统一的接口。
   

3. 使用方式

   （1）首先得有集合
   （2）迭代器角色（具体迭代器角色）
   

3.2 迭代器模式的角色构成

1. 迭代器角色（Iterator）

   定义遍历元素所需要的方法，一般来说会有这么三个方法：
   	next()方法：取到当前的元素,并且移动到下一个元素的位置；
   	hasNext()方法：判断遍历是否结束；
   	remove()方法：删除当前对象；
   

2. 具体迭代器角色（Concrete Iterator）

   实现迭代器接口中定义的方法，完成集合的迭代。ArrayList中的Itr。
   

3. 容器角色（Aggregate）

   一般是一个接口，提供一个iterator()方法，例如Java中Collection接口，List接口，Set接口等。
   

4. 具体容器角色（Concrete Aggregate）

   就是抽象容器的具体实现类，比如List接口的有序列表实现ArrayList，List接口的链表实现LinkList，Set接口的哈希列表的实现HashSet等。
   

4. 快速失败机制

在用迭代器遍历一个集合对象时，如果遍历过程中对集合对象的内容进行了修改（增加、删除、修改），则会抛出Concurrent Modification Exception。

1. 原理

   迭代器在遍历时直接访问集合中的内容，并且在遍历过程中使用modCount变量。集合在被遍历期间如果内容发生变化，就会改变modCount的值。每当迭代器使用hasNext()/next()遍历下一个元素之前，都会检测modCount遍历是否为expectedModCount值，是的话就返回遍历；否则抛出异常，终止遍历。
   

2. 注意

   这里异常的抛出条件是检测到modCount != expectedModCount这个条件。如果集合发生变化时修改modCount值刚好又设置为了 expectedModCount值，则异常不会抛出。因此，不能依赖于这个异常是否抛出而进行并发操作的编程，这个异常只建议用于检测并发修改的bug。
   

3. 场景

   java.util包下的集合类都是快速失败的，不能在多线程下发生并发修改（迭代过程中被修改）。
   

5. 安全失败机制

采用安全失败机制的集合容器，在遍历时不是直接在集合内容上访问的，而是先复制原有集合内容，在拷贝的集合上进行遍历。

1. 原理

   由于迭代时是对原集合的拷贝进行遍历，所以在遍历过程中队员集合所作的修改并不能被迭代器检测到，所以不会触发Concurrent Modification Exception。
   

2. 缺点

   基于拷贝内容的优点是避免了Concurrent Modification Exception，但同样的，迭代器并不能访问到修改后的内容，即：迭代器遍历的是开始遍历那一刻拿到的集合拷贝，在遍历期间原集合发生的修改迭代器是不知道的。
   

3. 场景

   java.util.concurrent包下的容器都是安全失败，可以在多线程下并发使用，并发修改。