一、java集合简介
1、集合的由来
面向对象语言对事物都是以对象的形式来体现，为了方便对多个对象的操作，就需要将对象进行存储，集合就是存储对象最常用的一种方式。
2、集合的特点
- 用于存储对象的容器。（容器本身就是一个对象，存在于堆内存中，里面存的是对象的地址）
- 集合的长度是可变的。
- 集合中不可以存储基本数据类型值。（只能存对象）
注意：想用集合存基本数据类型怎么办？
利用自动装箱、拆箱特性。
例：al.add(5); // 相当于al.add(new Integer(5))
3、集合和数组的区别
数组不是面向对象的，存在明显的缺陷，集合弥补了数组的缺点，比数组更灵活更实用而且不同的集合框架类可适用不同场合。如下：
- 数组能存放基本数据类型和对象，而集合类存放的都是对象的引用，而非对象本身！
- 数组固定无法动态改变，集合类容量动态改变。
- 数组无法判断其中实际存有多少元素，length只告诉了数组的容量，而集合的size()可以确切知道元素的个数
- 集合有多种实现方式和不同适用场合，不像数组仅采用顺序表方式
- 集合以类的形式存在，具有封装、继承、多态等类的特性，通过简单的方法和属性即可实现各种复杂操作，大大提高了软件的开发效率
二、java集合体系结构
1、体系结构图
实线代表继承，虚线代表实现。
1.1单列集合
List
Set
1.2双列集合
Map
1.3 总图
三、java集合顶层接口及主要实现
集合框架的另外一种数据类型的总接口是Map，基于Key-Value进行存储数据的，其中Key键值是不可重复的，主要是通过类的hashCode()和equal()进行保证的
1、Collection接口
Collection是java集合框架体系的总接口，其他集合框架都是实现Collection，封装了集合框架的公共操作：add（E），addAll（），remove（E），removeAll（），contains（），iterator()，size（）…。
集合框架Collection的三种主要实现如下：List(列表)，Set（散列集，有一个key-value的Map进行维护，其中key值保证Set集合里元素的唯一性），Queue（队列，先进先出，底层实现可以用List列表或者LinkedList链表）
2、List（列表）
List（序列），元素有序，可重复，也可以是null值，元素之间的顺序关系可以由添加到列表的先后来决定，也可以由元素值的大小来决定；
List接口使用下标访问元素，可以精确获取元素，控制元素的插入位置，或删除修改指定位置的元素；
List接口除继承Collection的方法外，新增许多方法，使之能够在列表中根据具体位置操作元素。
List常用方法：
- void add(int index, Object element) ：添加对象element到位置index上
- boolean addAll(int index, Collection collection) ：在index位置后添加容器collection中所有的元素
- Object get(int index) ：取出下标为index的位置的元素
- int indexOf(Object element) ：查找对象element 在List中第一次出现的位置
- int lastIndexOf(Object element) ：查找对象element 在List中最后出现的位置
- Object remove(int index) ：删除index位置上的元素
- ListIterator listIterator(int startIndex) ：返回一个ListIterator 跌代器，开始位置为startIndex
- List subList(int fromIndex, int toIndex) ：返回一个子列表List ,元素存放为从 fromIndex 到toIndex之前的一个元素
具体实现有ArrayList，LinkedList和Vector，各实现在公共用法上没有区别，但由于背后的支撑不同（数据结构），所以在功能（效率）上还是有区别的，同时也增加各自特色方法。
2.1 vector
Vector底层基于数组实现，可进行同步操作，增删，查询都很慢！100%延长（扩容），重量级组件，现在几乎不再使用（之所有还遗存，是为了对旧程序兼容），在多线程环境下可以考虑。
2.2 ArrayList
ArrayList底层基于Object数组实现（默认长度10），按顺序存储元素以及快速按照元素下标进行获取元素，不可同步的，替代了Vector，查询的速度快，增删速度慢。50%延长（扩容）。
同数组特性一样，查询时是从容器的第一个元素往后找，由于数组的内存空间是连续的，所以查询快；插入、删除的话受影响的元素内存地址都要前移或后退（除末尾增删外），时间复杂度为O(n)，所以效率较低。
2.3 LinkedList
内部是双向循环链表数据结构（动态线性表，无默认长度），是不同步的。增删元素的速度很快。LinkedList可以在具体下标位置删除和添加元素，在许多需要根据具体下标添加和删除元素的应用场景下比ArrayList有更好的性能。
双向循环链表：在此链表上每一个数据节点都由三部分组成：前指针（指向唯一前继的节点位置），数据域，后指针（指向唯一后继的节点位置）。最后一个节点的后指针指向第一个节点（首）的前指针，形成一个循环。
链表的内存空间是不连续的，从头查询效率低，；增删时只需改变单个指针的指向，所以快；链接存储结构插入删除时间复杂度为n(1)。
常利用LinkedList实现栈(stack)、队列(queue)、双向队列(double-ended queue )。它具有方法addFirst()、addLast()、getFirst()、getLast()、removeFirst()、removeLast()等。
2.4 ArryList和Vector可变长度数组的原理：
思路：当默认长度的数组不够存储时，会建立一个新数组。将原来数组的内容拷贝到新的数组当中，并将新增加的元素追加到拷贝完的数组尾，如果仍然不够重复上述动作。其中,ArryList的增加是以原来50%长度进行增加，而Vector是按照100%延长。
实现机制：ArrayList.ensureCapacity(int minCapacity)
首先得到当前elementData属性的长度oldCapacity。
然后通过判断oldCapacity和minCapacity参数谁大来决定是否需要扩容, 如果minCapacity大于 oldCapacity，那么我们就对当前的List对象进行扩容。
扩容的的策略为：取(oldCapacity * 3)/2 + 1和minCapacity之间更大的那个。然后使用数组拷贝的方法，把以前存放的数据转移到新的数组对象中
如果minCapacity不大于oldCapacity那么就不进行扩容。
3、Set（集合）
散列集，不能保证存储元素的顺序，保证存储元素的不可重复性。
Set接口并没有声明其他方法，它的方法都是从Collection接口继承而来
具体实现有HashSet，LinkedHashSet，TreeSet：
3.1 HashSet
HashSet是哈希散列集，底层由HashMap支持的，主要使用hashCode()和equal()方法确保Key值不可重复性来保证元素的唯一性。HashSet采用散列（hash）算法来存取集合中的元素，因此具有比较好的读取和查找性能。
HashSet允许存入null，默认创建初始化容量是16，默认上座率为0.75（集合饱和度0.0~1.0之间），当集合中元素个数超过了容量与上座率的乘积，容量就会自动翻倍，也称再散列，产生一个新的散列表，所有元素存放到新的散列表中，原先的散列表将被删除。负载因子越高(越接近1.0)，内存的使用效率越高，元素的寻找时间越长。负载因子越低(越接近0.0)，元素的寻找时间越短，内存浪费越多。
HashSet的equals和HashCode：
当一个类有自己特有的“逻辑相等”概念（不同于对象身份的概念），需要重新equals（），重写equals()都应该重写HashCode()。
试想如果重写了equals方法但不重写hashCode方法，即相同equals结果的两个对象将会被HashSet当作两个元素保存起来，这与我们设计HashSet的初衷不符（元素不重复）。
另外如果两个元素HashCode相等但equals结果不为true，HashSet会将这两个元素保存在同一个位置，并将超过一个的元素以链表（拉链）方式保存，这将影响HashSet的效率。
3.2 LinkedHashSet
内部数据结构是哈希表和链表，是有顺序的HashSet，保持元素的添加顺序。
LinkedHashSet是HashSet的一个子类，其所有方法都继承自HashSet, 而它能维持元素的插入顺序的性质则继承自LinkedHashMap。LinkedHashSet底层由LinkedHashMap实现，则可以保证按照元素插入集合的顺序进行提取。
LinkedHashSet根据HashCode的值来决定元素的存储位置和唯一性，同时它还用一个链表来维护元素的插入顺序，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。
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。
3.3 TreeSet
内部数据结构是有序的二叉树，它的作用是（仅仅是）提供有序的Set集合，所以声明有与排序位置（大小）有关的一系列方法，如：first()，last()，headSet()，higher()…等。
TreeSet的数据元素不能为null，且只允许存入同一类的元素(为了比较)，数据元素要求实现Comparable接口，或者使用Comparator构造，即添加到 TreeSet 的元素必须是可排序的。
TreeSet底层是由TreeMap支持的，可以按照Comparable接口（自然排序）对存储对象排序或者Comparator比较器接口（定制排序）进行存储对象的比较排序。
HashSet是基于Hash算法实现的，其性能都优于TreeSet。我们通常都应该使用HashSet，在我们需要排序的功能时，才使用TreeSet。一般说来，先把元素添加到 HashSet，再把集合转换为 TreeSet 来进行有序遍历会更快（构造器转换）。
4、Queue（队列）
队列是一般按照先进先出First-In-First-Out的规则，元素被追加到队列末尾，在队列头进行删除，底层实现可以是数组，也可以是链表。主要实现有PriorityQueue和LinkedList,
其中PriorityQueue优先队列默认情况下以Comparable按照元素的自然顺序进行排序，最小值的元素优先级最高最先删除，也可以传入指定的比较器Comparator进行元素间的比较。
在java.util.concurrent包里有ArrayBlockingQueue，LinkedBlockingQueue等实现同步机制的队列数据结构，有兴趣可以查看源码进行研究。
5、Map(映射类)
Map提供了一种映射关系，元素是以键值对（key-value）的形式存储的，能根据key快速查找value；
Map中的键值对以Entry类型的对象实例形式存在；
key值不能重复，value值可以重复；
key对value是多（一）对一的关系；
Map接口提供了返回key值集合、value值集合、Entry值集合，的方法；
主要实现有HashMap,LinkedHashMap,TreeMap。
5.1 HashMap
在不需要保证元素的顺序情况下，HashMap是非常高效的，主要是通过hashCode()和equal（）方法进行哈希化存储的，所以要求存储的key要实现hashCode()和equal（）方法。
尤其强调当一个对象被当作键值（或索引）来使用的时候要重写hashCode()和equal（）方法两个方法。覆写equals后，两个不同实例可能在逻辑上相等，但是根据Object.hashCode方法却产生不同的散列码，违反“相等的对象必须具有相等的散列码”。导致，当你用其中的一个作为键保存到hashMap、hashTable或hashSet中，再以“相等的”找另 一个作为键值去查找他们的时候，则根本找不到。
不同类型的hashCode取值
5.2 LinkedHashMap
LinkedHashMap可以保证存储元素的顺序；可以按照元素的存储顺序或者元素的访问顺序进行排序存储，它的底层是由HashMap加上循环双向链表实现的。
5.3 TreeMap
TreeMap在遍历排序好的键值是非常高效率的，默认是按照元素的实现Comprable接口方法进行排序的，也可以传入Comparator比较器接口进行比较排序。
5.4 Map的迭代方式
Map本身没有迭代器。
方法一：只需要Value，不需要Key的时候
利用Map接口的values()方法,返回此映射中包含的值的 Collection （值不唯一），然后通过Collecion的迭代器进行迭代。
方法二：keySet
通过keySet方法获取map中所有的键所在的Set集合（Key和Set的都具有唯一性），再通过Set的迭代器获取到每一个键，再对每一个键通过Map集合的get方法获取其对应的值即可。
方法三：Map.Entry<K,V>使用iterator。
通过Map的entrySet()方法，将键和值的映射关系作为对象存储到Set集合中。这个映射关系的类型就是Map.Entry类型(结婚证)。再通过Map.Entry对象的getKey和getValue获取其中的键和值。
方法四：Map.Entry<K,V>使用加强for遍历
通过Map.entrySet()方法遍历key和value（推荐，尤其是容量大时）
6、Iterator接口
对 Collection 进行迭代的迭代器，即对所有的Collection容器进行元素取出的公共接口。
该迭代器对象依赖于具体容器，因为每一个容器的数据结构都不同，所以该迭代器对象是在具体容器中进行内部实现的。（内部类，可以看具体容器的源码）
对于使用容器者而言，具体的实现方法不重要，只要通过具体容器获取到该实现的迭代器的对象即可，也就是iterator()方法，而不用new。（Iterator<String> ite=list.iterator();）
6.1 ListIterator接口（列表迭代器）
应用场景：顾名思义，只能用于List的迭代器。
在使用迭代器迭代的过程中需要使用集合中的方法操作元素，出现ConcurrentModificationException异常时。
7、总结
arraylist和linkedlist联系与区别
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，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（末尾添加删除）。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联系与区别
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。