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Java 集合框架

早在 Java 2 中之前，Java 就提供了特設(shè)類。比如：Dictionary, Vector, Stack, 和 Properties 這些類用來存儲(chǔ)和操作對象組。

雖然這些類都非常有用，但是它們?nèi)鄙僖粋€(gè)核心的，統(tǒng)一的主題。由于這個(gè)原因，使用 Vector 類的方式和使用 Properties 類的方式有著很大不同。

集合框架被設(shè)計(jì)成要滿足以下幾個(gè)目標(biāo)。

該框架必須是高性能的?；炯希▌?dòng)態(tài)數(shù)組，鏈表，樹，哈希表）的實(shí)現(xiàn)也必須是高效的。
該框架允許不同類型的集合，以類似的方式工作，具有高度的互操作性。
對一個(gè)集合的擴(kuò)展和適應(yīng)必須是簡單的。

為此，整個(gè)集合框架就圍繞一組標(biāo)準(zhǔn)接口而設(shè)計(jì)。你可以直接使用這些接口的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)，諸如： LinkedList, HashSet, 和 TreeSet 等,除此之外你也可以通過這些接口實(shí)現(xiàn)自己的集合。

從上面的集合框架圖可以看到，Java 集合框架主要包括兩種類型的容器，一種是集合（Collection），存儲(chǔ)一個(gè)元素集合，另一種是圖（Map），存儲(chǔ)鍵/值對映射。Collection 接口又有 3 種子類型，List、Set 和 Queue，再下面是一些抽象類，最后是具體實(shí)現(xiàn)類，常用的有 ArrayList、LinkedList、HashSet、LinkedHashSet、HashMap、LinkedHashMap 等等。

集合框架是一個(gè)用來代表和操縱集合的統(tǒng)一架構(gòu)。所有的集合框架都包含如下內(nèi)容：

接口：是代表集合的抽象數(shù)據(jù)類型。例如 Collection、List、Set、Map 等。之所以定義多個(gè)接口，是為了以不同的方式操作集合對象
實(shí)現(xiàn)（類）：是集合接口的具體實(shí)現(xiàn)。從本質(zhì)上講，它們是可重復(fù)使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，例如：ArrayList、LinkedList、HashSet、HashMap。
算法：是實(shí)現(xiàn)集合接口的對象里的方法執(zhí)行的一些有用的計(jì)算，例如：搜索和排序。這些算法被稱為多態(tài)，那是因?yàn)橄嗤姆椒梢栽谙嗨频慕涌谏嫌兄煌膶?shí)現(xiàn)。

除了集合，該框架也定義了幾個(gè) Map 接口和類。Map 里存儲(chǔ)的是鍵/值對。盡管 Map 不是集合，但是它們完全整合在集合中。

集合框架體系如圖所示

Java 集合框架提供了一套性能優(yōu)良，使用方便的接口和類，java集合框架位于java.util包中，所以當(dāng)使用集合框架的時(shí)候需要進(jìn)行導(dǎo)包。

集合接口

集合框架定義了一些接口。本節(jié)提供了每個(gè)接口的概述：

序號	接口描述
1	Collection 接口 Collection 是最基本的集合接口，一個(gè) Collection 代表一組 Object，即 Collection 的元素, Java不提供直接繼承自Collection的類，只提供繼承于的子接口(如List和set)。 Collection 接口存儲(chǔ)一組不唯一，無序的對象。
2	List 接口 List接口是一個(gè)有序的 Collection，使用此接口能夠精確的控制每個(gè)元素插入的位置，能夠通過索引(元素在List中位置，類似于數(shù)組的下標(biāo))來訪問List中的元素，第一個(gè)元素的索引為 0，而且允許有相同的元素。 List 接口存儲(chǔ)一組不唯一，有序（插入順序）的對象。
3	Set Set 具有與 Collection 完全一樣的接口，只是行為上不同，Set 不保存重復(fù)的元素。 Set 接口存儲(chǔ)一組唯一，無序的對象。
4	SortedSet 繼承于Set保存有序的集合。
5	Map Map 接口存儲(chǔ)一組鍵值對象，提供key（鍵）到value（值）的映射。
6	Map.Entry 描述在一個(gè)Map中的一個(gè)元素（鍵/值對）。是一個(gè)Map的內(nèi)部類。
7	SortedMap 繼承于 Map，使 Key 保持在升序排列。
8	Enumeration 這是一個(gè)傳統(tǒng)的接口和定義的方法，通過它可以枚舉（一次獲得一個(gè)）對象集合中的元素。這個(gè)傳統(tǒng)接口已被迭代器取代。

Set和List的區(qū)別

1. Set 接口實(shí)例存儲(chǔ)的是無序的，不重復(fù)的數(shù)據(jù)。List 接口實(shí)例存儲(chǔ)的是有序的，可以重復(fù)的元素。
2. Set檢索效率低下，刪除和插入效率高，插入和刪除不會(huì)引起元素位置改變 <實(shí)現(xiàn)類有HashSet,TreeSet>。
3. List和數(shù)組類似，可以動(dòng)態(tài)增長，根據(jù)實(shí)際存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的長度自動(dòng)增長List的長度。查找元素效率高，插入刪除效率低，因?yàn)闀?huì)引起其他元素位置改變 <實(shí)現(xiàn)類有ArrayList,LinkedList,Vector> 。

集合實(shí)現(xiàn)類（集合類）

Java提供了一套實(shí)現(xiàn)了Collection接口的標(biāo)準(zhǔn)集合類。其中一些是具體類，這些類可以直接拿來使用，而另外一些是抽象類，提供了接口的部分實(shí)現(xiàn)。

標(biāo)準(zhǔn)集合類匯總于下表：

序號	類描述
1	AbstractCollection? 實(shí)現(xiàn)了大部分的集合接口。
2	AbstractList? 繼承于AbstractCollection 并且實(shí)現(xiàn)了大部分List接口。
3	AbstractSequentialList? 繼承于 AbstractList ，提供了對數(shù)據(jù)元素的鏈?zhǔn)皆L問而不是隨機(jī)訪問。
4	LinkedList 該類實(shí)現(xiàn)了List接口，允許有null（空）元素。主要用于創(chuàng)建鏈表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，該類沒有同步方法，如果多個(gè)線程同時(shí)訪問一個(gè)List，則必須自己實(shí)現(xiàn)訪問同步，解決方法就是在創(chuàng)建List時(shí)候構(gòu)造一個(gè)同步的List。例如： List list=Collections.synchronizedList(newLinkedList(...)); LinkedList 查找效率低。
5	ArrayList 該類也是實(shí)現(xiàn)了List的接口，實(shí)現(xiàn)了可變大小的數(shù)組，隨機(jī)訪問和遍歷元素時(shí)，提供更好的性能。該類也是非同步的,在多線程的情況下不要使用。ArrayList 增長當(dāng)前長度的50%，插入刪除效率低。
6	AbstractSet? 繼承于AbstractCollection 并且實(shí)現(xiàn)了大部分Set接口。
7	HashSet 該類實(shí)現(xiàn)了Set接口，不允許出現(xiàn)重復(fù)元素，不保證集合中元素的順序，允許包含值為null的元素，但最多只能一個(gè)。
8	LinkedHashSet 具有可預(yù)知迭代順序的?`Set`?接口的哈希表和鏈接列表實(shí)現(xiàn)。
9	TreeSet 該類實(shí)現(xiàn)了Set接口，可以實(shí)現(xiàn)排序等功能。
10	AbstractMap? 實(shí)現(xiàn)了大部分的Map接口。
11	HashMap HashMap 是一個(gè)散列表，它存儲(chǔ)的內(nèi)容是鍵值對(key-value)映射。該類實(shí)現(xiàn)了Map接口，根據(jù)鍵的HashCode值存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，具有很快的訪問速度，最多允許一條記錄的鍵為null，不支持線程同步。
12	TreeMap 繼承了AbstractMap，并且使用一顆樹。
13	WeakHashMap 繼承AbstractMap類，使用弱密鑰的哈希表。
14	LinkedHashMap 繼承于HashMap，使用元素的自然順序?qū)υ剡M(jìn)行排序.
15	IdentityHashMap 繼承AbstractMap類，比較文檔時(shí)使用引用相等。

在前面的教程中已經(jīng)討論通過java.util包中定義的類，如下所示：

序號	類描述
1	Vector 該類和ArrayList非常相似，但是該類是同步的，可以用在多線程的情況，該類允許設(shè)置默認(rèn)的增長長度，默認(rèn)擴(kuò)容方式為原來的2倍。
2	Stack 棧是Vector的一個(gè)子類，它實(shí)現(xiàn)了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的后進(jìn)先出的棧。
3	Dictionary Dictionary 類是一個(gè)抽象類，用來存儲(chǔ)鍵/值對，作用和Map類相似。
4	Hashtable Hashtable 是 Dictionary(字典) 類的子類，位于 java.util 包中。
5	Properties Properties 繼承于 Hashtable，表示一個(gè)持久的屬性集，屬性列表中每個(gè)鍵及其對應(yīng)值都是一個(gè)字符串。
6	BitSet 一個(gè)Bitset類創(chuàng)建一種特殊類型的數(shù)組來保存位值。BitSet中數(shù)組大小會(huì)隨需要增加。

集合算法

集合框架定義了幾種算法，可用于集合和映射。這些算法被定義為集合類的靜態(tài)方法。

在嘗試比較不兼容的類型時(shí)，一些方法能夠拋出 ClassCastException異常。當(dāng)試圖修改一個(gè)不可修改的集合時(shí)，拋出UnsupportedOperationException異常。

集合定義三個(gè)靜態(tài)的變量：EMPTY_SET，EMPTY_LIST，EMPTY_MAP的。這些變量都不可改變。

序號	算法描述
1	Collection Algorithms 這里是一個(gè)列表中的所有算法實(shí)現(xiàn)。

如何使用迭代器

通常情況下，你會(huì)希望遍歷一個(gè)集合中的元素。例如，顯示集合中的每個(gè)元素。

一般遍歷數(shù)組都是采用for循環(huán)或者增強(qiáng)for，這兩個(gè)方法也可以用在集合框架，但是還有一種方法是采用迭代器遍歷集合框架，它是一個(gè)對象，實(shí)現(xiàn)了Iterator 接口或 ListIterator接口。

迭代器，使你能夠通過循環(huán)來得到或刪除集合的元素。ListIterator 繼承了 Iterator，以允許雙向遍歷列表和修改元素。

序號	迭代器方法描述
1	使用 Java Iterator 這里通過實(shí)例列出 Iterator 和 ListIterator 接口提供的所有方法。

遍歷 ArrayList

實(shí)例

import java.util.*; public class Test{ public static void main(String[] args) { List<String> list=new ArrayList<String>(); list.add("Hello"); list.add("World"); list.add("HAHAHAHA"); //第一種遍歷方法使用 For-Each 遍歷 List for (String str : list) { //也可以改寫 for(int i=0;i<list.size();i++) 這種形式 System.out.println(str); } //第二種遍歷，把鏈表變?yōu)閿?shù)組相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行遍歷 String[] strArray=new String[list.size()]; list.toArray(strArray); for(int i=0;i<strArray.length;i++) //這里也可以改寫為 for(String str:strArray) 這種形式 { System.out.println(strArray[i]); } //第三種遍歷使用迭代器進(jìn)行相關(guān)遍歷 Iterator<String> ite=list.iterator(); while(ite.hasNext())//判斷下一個(gè)元素之后有值 { System.out.println(ite.next()); } } }

解析：

三種方法都是用來遍歷ArrayList集合，第三種方法是采用迭代器的方法，該方法可以不用擔(dān)心在遍歷的過程中會(huì)超出集合的長度。

遍歷 Map

實(shí)例

import java.util.*; public class Test{ public static void main(String[] args) { Map<String, String> map = new HashMap<String, String>(); map.put("1", "value1"); map.put("2", "value2"); map.put("3", "value3"); //第一種：普遍使用，二次取值 System.out.println("通過Map.keySet遍歷key和value："); for (String key : map.keySet()) { System.out.println("key= "+ key + " and value= " + map.get(key)); } //第二種 System.out.println("通過Map.entrySet使用iterator遍歷key和value："); Iterator<Map.Entry<String, String>> it = map.entrySet().iterator(); while (it.hasNext()) { Map.Entry<String, String> entry = it.next(); System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue()); } //第三種：推薦，尤其是容量大時(shí) System.out.println("通過Map.entrySet遍歷key和value"); for (Map.Entry<String, String> entry : map.entrySet()) { System.out.println("key= " + entry.getKey() + " and value= " + entry.getValue()); } //第四種 System.out.println("通過Map.values()遍歷所有的value，但不能遍歷key"); for (String v : map.values()) { System.out.println("value= " + v); } } }

如何使用比較器

TreeSet和TreeMap的按照排序順序來存儲(chǔ)元素. 然而，這是通過比較器來精確定義按照什么樣的排序順序。

這個(gè)接口可以讓我們以不同的方式來排序一個(gè)集合。

序號	比較器方法描述
1	使用 Java Comparator 這里通過實(shí)例列出Comparator接口提供的所有方法

總結(jié)

Java集合框架為程序員提供了預(yù)先包裝的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法來操縱他們。

集合是一個(gè)對象，可容納其他對象的引用。集合接口聲明對每一種類型的集合可以執(zhí)行的操作。

集合框架的類和接口均在java.util包中。

任何對象加入集合類后，自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)镺bject類型，所以在取出的時(shí)候，需要進(jìn)行強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換。

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