Java Collection

Java2的集合框架，抽其核心，主要有三种：List、Set和Map。如下图所示： 

需要注意的是，这里的 Collection、List、Set和Map都是接口（Interface），不是具体的类实现。 List lst = new ArrayList(); 这是我们平常经常使用的创建一个新的List的语句，在这里， List是接口，ArrayList才是具体的类。 

常用集合类的继承结构如下： 
Collection

                | <--List

                              | <--Vector 

                                                | <--Stack
                              | <--ArrayList 
                              | <--LinkedList 
                | <--Set

                              | <--HashSet 
                                                    | <--LinkedHashSet 
                              | <--SortedSet

                                                    | <--TreeSet 
Map

        | <--SortedMap

                                | <--TreeMap 
        | <--HashMap 

        | <--Hashtable 

 

1, Map接口

        Map 是一种把键对象和值对象进行关联的容器，而一个值对象又可以是一个Map，依次类推，这样就可形成一个多级映射。对于键对象来说，像Set一样，一个 Map容器中的键对象不允许重复，这是为了保持查找结果的一致性;如果有两个键对象一样，那你想得到那个键对象所对应的值对象时就有问题了，可能你得到的并不是你想的那个值对象，结果会造成混乱，所以键的唯一性很重要，也是符合集合的性质的。当然在使用过程中，某个键所对应的值对象可能会发生变化，这时会按照最后一次修改的值对象与键对应。对于值对象则没有唯一性的要求，你可以将任意多个键都映射到一个值对象上，这不会发生任何问题（不过对你的使用却可能会造成不便，你不知道你得到的到底是那一个键所对应的值对象）。 

Map有三种比较常用的实现：Hashtable, HashMap和TreeMap。 

1.1, 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。
1.2, 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。此类不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。

1.3, TreeMap类

        TreeMap则是对键按序存放，因此它便有一些扩展的方法，比如firstKey(),lastKey()等，你还可以从TreeMap中指定一个范围以取得其子Map。 
        该映射是根据其键的自然顺序进行排序的，或者根据通常在创建有序映射时提供的 Comparator 进行排序。对有序映射的 collection 视图（由 entrySet、keySet 和 values 方法返回）进行迭代时，此顺序就会反映出来。要采用此排序方式，还需要提供一些其他操作（此接口是 SortedSet 的对应映射）。
        键和值的关联很简单，用put(Object key,Object value)方法即可将一个键与一个值对象相关联。用get(Object key)可得到与此key对象所对应的值对象。 

2、 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。

2.1，LinkedList类

List 接口的链接列表实现，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）。提供先进先出队列操作(FIFO)。此实现不是同步的。
2.2，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）。  
2.3，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。  

2.4，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。

2.5，List总结：

• 所有的List中只能容纳单个不同类型的对象组成的表，而不是Key－Value键值对。例如：[ tom,1,c ] 

• 所有的List中可以有相同的元素，例如Vector中可以有 [ tom,koo,too,koo ] 

• 所有的List中可以有null元素，例如[ tom,null,1 ] 

• 基于Array的List（Vector，ArrayList）适合查询，而LinkedList 适合添加，删除操作 

3，Set接口

        Set是一种不包含重复的元素的无序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。  
3.1，HashSet类
        虽然Set同List都实现了Collection接口，但是他们的实现方式却大不一样。List基本上都是以Array为基础。但是Set则是在 HashMap的基础上来实现的，这个就是Set和List的根本区别。

        此类允许使用 null 元素。此类为基本操作提供了稳定性能，此实现不是同步的。

        HashSet的存储方式是把HashMap中的Key作为Set的对应存储项。看看 HashSet的add（Object obj）方法的实现就可以一目了然了。 

public boolean add(Object obj) { 
   return map.put(obj, PRESENT) == null; 
}

这个也是为什么在Set中不能像在List中一样有重复的项的根本原因，因为HashMap的key是不能有重复的。 

3.2，LinkedHashSet类
        HashSet的一个子类，一个链表。此实现不是同步的。 

3.3，TreeSet类
        SortedSet的子类，它不同于HashSet的根本就是TreeSet是有序的。它是通过SortedMap来实现的。 

        使用元素的自然顺序对元素进行排序，或者根据创建 set 时提供的 Comparator 进行排序，具体取决于使用的构造方法。此实现为基本操作（add、remove 和 contains）提供受保证的 log(n) 时间开销。此实现不是同步的。

3.4，Set总结：
Set实现的基础是Map（HashMap） ；

        Set中的元素是不能重复的，如果使用add(Object obj)方法添加已经存在的对象，则会覆盖前面的对象