Java集合类: Set、List、Map、Queue详情分析

本文主要对Java集合类进行详情分析

1. Java集合类基本概念

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
一组"对立"的元素，通常这些元素都服从某种规则
 　　1.1) List必须保持元素特定的顺序
 　　1.2) Set不能有重复元素
 　　1.3) Queue保持一个队列(先进先出)的顺序
2) Map
一组成对的"键值对"对象

Collection和Map的区别在于容器中每个位置保存的元素个数:

1) Collection 每个位置只能保存一个元素(对象)
2) Map保存的是"键值对"，就像一个小型数据库。我们可以通过"键"找到该键对应的"值"，也可分开获取

2. Java集合类架构层次关系

1. Interface Iterable 迭代器接口

这是Collection类的父接口。实现这个Iterable接口的对象允许使用foreach进行遍历，也就是说，所有的Collection集合对象都具有"foreach可遍历性"。
有一个方法: iterator()。它返回一个代表当前集合对象的泛型迭代器，用于之后的遍历操作，
*Object next()：*返回迭代器刚越过的元素的引用，返回值是 Object，需要强制转换成自己需要的类型

*boolean hasNext()：*判断容器内是否还有可供访问的元素

*void remove()：*删除迭代器刚越过的元素

所以除了 map 系列的集合，我们都能通过迭代器来对集合中的元素进行遍历。

 LinkedList<String> list = new LinkedList<>();
    		list.add("AAA");
    		list.add("BBB");
    		list.add("CCC");
            Iterator<String> Iterator =  list.Iterator();//使用迭代器遍历集合
    		while (Iterator.hasNext()) {
    			System.out.print(Iterator.next() + "\t");
    		}

结果：
在这里插入图片描述

1.1 Collection
Collection是一个接口，用以提供规范定义，不能被实例化使用

1. Set：

 1.Set集合类似于一个罐子，"丢进"Set集合里的多个对象之间*没有明显的顺序*。
      Set继承自Collection接口，*不能包含有重复元素*(记住，这是整个Set类层次的共有属性)

  2.特点：1）没有明显的顺序、2）能包含有重复元素

 3.注意两点： 1) 为Set集合里的元素的实现类实现一个有效的equals(Object)方法、
    			2) 对Set的构造函数，传入的Collection参数不能包含重复的元素

1.1 HashSet

1. HashSet是Set接口的典型实现，HashSet使用HASH算法来存储集合中的元素，
   因此具有良好的存取和查找性能。

2. 当向HashSet集合中存入一个元素时，HashSet会调用该对象的 hashCode()
   方法来得到该对象的hashCode值，然后根据该HashCode值决定该对象在HashSet中的存储位置。
 
3. 值得注意的是，HashSet集合判断两个元素相等的标准是两个对象通过equals()方法比较相等，
   并且两个对象的hashCode()方法的返回值相等并且两个对象的hashCode()方法的返回值相等

1.1.1LinkedHashSet
1.LinkedHashSet集合也是根据元素的hashCode值来决定元素的存储位置，但和HashSet不同的是，它同时使用链表维护元素的次序，这样使得元素看起来是以插入的顺序保存的。当遍历LinkedHashSet集合里的元素时，LinkedHashSet将会按元素的添加顺序来访问集合里的元素。
2.LinkedHashSet需要维护元素的插入顺序，因此性能略低于HashSet的性能，但在迭代访问Set里的全部元素时(遍历)将有很好的性能(链表很适合进行遍历)
1.2 SortedSet
此接口主要用于排序操作，即实现此接口的子类都属于排序的子类
1.2.1 TreeSet
TreeSet是SortedSet接口的实现类，TreeSet可以确保集合元素处于排序状态,采用二叉树存储形式，并根据其元素的自然排序进行排序。
1.3 EnumSet
EnumSet是一个专门为枚举类设计的集合类，EnumSet中所有元素都必须是指定枚举类型的枚举值，该枚举类型在创建EnumSet时显式、或隐式地指定。EnumSet的集合元素也是有序的，它们以枚举值在Enum类内的定义顺序来决定集合元素的顺序

2. List
List集合代表一个元素有序、可重复、可空的集合，集合中每个元素都有其对应的顺序索引。List集合允许加入重复元素，因为它可以通过索引来访问指定位置的集合元素。List集合默认按元素的添加顺序设置元素的索引

2.1 ArrayList

ArrayList是基于数组实现的List类，它封装了一个动态的增长的、允许再分配的Object[]数组。


   1、ArrayList基于数组实现，是一个动态的数组队列。但是它和Java中的数组又不一样，
      它的容量可以自动增长，类似于C语言中动态申请内存，动态增长内存！
      
    2、ArrayList继承了AbstractList，实现了RandomAccess、Cloneable和Serializable接口！
    
    3、集成了AbstractList，AbstractList又继承了AbstractCollection实现了List接口，它是一个数组队列，提供了相关的添加、删除、修改、遍历等功能！

    4、实现了RandomAccess接口，提供了随机访问功能，实际上就是通过下标序号进行快速访问。
   
    5、实现了Cloneable接口，即覆盖了函数clone()，能被克隆。
    
    6、实现了Serializable接口，支持序列化，也就意味了ArrayList能够通过序列化传输。

2.2 Vector
Vector和ArrayList在用法上几乎完全相同，但由于Vector是一个古老的集合，所以Vector提供了一些方法名很长的方法，但随着JDK1.2以后，java提供了系统的集合框架，就将 Vector改为实现List接口，统一归入集合框架体系中.
与数组一样，它包含可以使用整数索引进行访问的组件。但是，Vector 的大小可以根据需要增大或缩小，以适应创建 Vector 后进行添加或移除项的操作。Vector 是同步的，可用于多线程。

 1、Vector 继承了AbstractList，实现了List；所以，它是一个队列，支持相关的添加、删除、修改、遍历等功能。

 2、Vector实现了RandmoAccess接口，即提供了随机访问功能。RandmoAccess是java中用来被List实现，为List提供快速访问功能的。在Vector中，我们即可以通过元素的序号快速获取元素对象；这就是快速随机访问。

 3、Vector 实现了Cloneable接口，即实现clone()函数。它能被克隆。

 4、Vector 实现Serializable接口，支持序列化。

2.3 LinkedList
LinkedList是基于链表实现的，从源码可以看出是一个双向链表。除了当做链表使用外，它也可以被当作堆栈、队列或双端队列进行操作。不是线程安全的，

1、LinkedList继承AbstractSequentialList，AbstractSequentialList 实现了get(int index)、
   set(int index, E element)、add(int index, E element) 和 remove(int index)这些函数。
   这些接口都是随机访问List的。

2、 LinkedList 实现 List 接口，能对它进行队列操作。

3、 LinkedList 实现 Deque 接口，即能将LinkedList当作双端队列使用。

4、 LinkedList 实现了Cloneable接口，即覆盖了函数clone()，能克隆。

5、 LinkedList 实现java.io.Serializable接口，这意味着LinkedList支持序列化，
    能通过序列化去传输。

3. Map
Map用于保存具有"映射关系"的数据，因此Map集合里保存着两组值，一组值用于保存Map里的key，另外一组值用于保存Map里的value。key和value都可以是任何引用类型的数据。Map的key不允许重复，即同一个Map对象的任何两个key通过equals方法比较结果总是返回false。

关于Map，我们要从代码复用的角度去理解，java是先实现了Map，然后通过包装了一个所有value都为null的Map就实现了Set集合
Map的这些实现类和子接口中key集的存储形式和Set集合完全相同(即key不能重复)
Map的这些实现类和子接口中value集的存储形式和List非常类似(即value可以重复、根据索引来查找)

3.1HashMap
和HashSet集合不能保证元素的顺序一样，HashMap也不能保证key-value对的顺序，也不是同步的，允许使用null键和null值。并且类似于HashSet判断两个key是否相等的标准也是: 两个key通过equals()方法比较返回true、同时两个key的hashCode值也必须相等。
HashMap存放元素是通过哈希算法将其中的元素散列的存放在各个“桶”之间。
注：HashMap除了非同步和可以使用null之外，其他的和HashTable大致相同。so ，后面就不在介绍HashTable了！

（1）：HashMap是通过哈希表来存储一个key-value的键值对，每个key对应一个value，允许key和value为null！
（2）：HashMap 的实例有两个参数影响其性能：初始容量 和加载因子。容量是哈希表中桶的数量，
      初始容量只是哈希表在创建时的容量。HashMap的容量不足的时候，
      可以自动扩容resize(),但是最大容量为MAXIMUM_CAPACITY==2^30！
（3）：put和get都是分为null和非null进行判断！
（4）：resize非常耗时的操作，因此，我们在用HashMap的时，最好能提前预估下HashMap中元素的个数，
      这样有助于提高HashMap的性能。
（5）：求hash值和索引值的方法，这两个方法便是HashMap设计的最为核心的部分，

二者结合能保证哈希表中的元素尽可能均匀地散列。

3.2TreeMap
TreeMap是一个有序的key-value集合，基于红黑树（Red-Black tree）的 NavigableMap实现。该映射根据其键的自然顺序进行排序，或者根据创建映射时提供的 Comparator进行排序，具体取决于使用的构造方法。

在这里插入代码片

1、TreeMap是根据key进行排序的，它的排序和定位需要依赖比较器或覆写Comparable接口，也因此不需要key覆写hashCode方法和equals方法，就可以排除掉重复的key，而HashMap的key则需要通过覆写hashCode方法和equals方法来确保没有重复的key。

2、TreeMap的查询、插入、删除效率均没有HashMap高，一般只有要对key排序时才使用TreeMap。

3、TreeMap的key不能为null，而HashMap的key可以为null。

4、TreeMap不是同步的。如果多个线程同时访问一个映射，并且其中至少一个线程从结构上修改了该映射，则其必须 外部同步。

4.Queue
Queue用于模拟"队列"这种数据结构(先进先出 FIFO)。队列的头部保存着队列中存放时间最长的元素，队列的尾部保存着队列中存放时间最短的元素。新元素插入(offer)到队列的尾部，
　　访问元素(poll)操作会返回队列头部的元素，队列不允许随机访问队列中的元素。结合生活中常见的排队就会很好理解这个概念.

4.1PriorityQueue
PriorityQueue并不是一个比较标准的队列实现，PriorityQueue保存队列元素的顺序并不是按照加入队列的顺序，而是按照队列元素的大小进行重新排序，这点从它的类名也可以看出来。
4.2 Deque

Deque接口代表一个"双端队列"，双端队列可以同时从两端来添加、删除元素，因此Deque的实现类既可以当成队列使用、也可以当成栈使用。（LinkedList也实现了此接口）

5. EnumMap
EnumMap是一个与枚举类一起使用的Map实现，EnumMap中的所有key都必须是单个枚举类的枚举值。创建EnumMap时必须显式或隐式指定它对应的枚举类。EnumMap根据key的自然顺序(即枚举值在枚举类中的定义顺序)

本文参考：http://www.cnblogs.com/LittleHann/p/3690187.html
（在此声明） https://www.cnblogs.com/aflyun/p/6501040.html