深度挖掘：集合1的创新与探索

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很多朋友对于深度挖掘：集合1的创新与探索和不太懂，今天就由小编来为大家分享，希望可以帮助到大家，下面一起来看看吧！

Java容器类库的目的是“保存对象”，并将其分为两个不同的概念：

一组通常遵循某些规则的“独立”元素

1.1) 列表必须保持元素的特定顺序

1.2) Set不能有重复元素

1.3）Queue维护一个队列（先进先出）顺序Map

一组成对的‘key-value’对象集合框架图：

1536558233404.jpg 简化图：

1536558265877.jpgSet、List和Map可以看作集合的三大类：

List集合是一个有序集合。集合中的元素可以重复。可以根据元素的索引来访问集合中的元素。

集合是一个无序的集合。集合中的元素不能重复。集合中的元素只能根据元素本身来访问（这也是集合中的元素不允许重复的原因）。

Map集合中以Key-value对的形式存储元素。访问时只能根据各个元素的key来访问value。

概括：

1536558418100.jpg 1.集合是一个接口，是一个高度抽象的集合，它包含了集合的基本操作和属性。 Collection包含两个分支：List和Set。

(1)List是一个有序队列，每个元素都有其索引。第一个元素的索引值为0。List的实现类有LinkedList、ArrayList、Vector和Stack。

(2)集合是不允许有重复元素的集合。 Set的实现类包括HastSet和TreeSet。 HashSet依赖于HashMap，实际上是通过HashMap来实现的； TreeSet依赖于TreeMap，而TreeMap实际上是通过TreeMap来实现的。

2.Map是映射接口，即键值对。 Map中的每个元素都包含“一个键”和“该键对应的值”。 AbstractMap是一个抽象类，它实现了Map接口中的大部分API。 HashMap、TreeMap和WeakHashMap都继承自AbstractMap。虽然Hashtable继承自Dictionary，但它实现了Map接口。

3.Iterator，它是遍历集合的工具，也就是我们通常通过Iterator来遍历集合。我们说Collection依赖于Iterator，因为Collection的所有实现类都必须实现iterator()函数并返回一个Iterator对象。 ListIterator是专门为遍历List而存在的。

4.枚举，它是JDK 1.0中引入的抽象类。功能和Iterator一样，也是遍历集合；但Enumeration的功能比Iterator少。在上面的框图中，Enumeration只能用在Hashtable、Vector和Stack中。

5.数组和集合。它们是操作数组和集合的两个工具类。

Collection接口是处理对象集合的根接口，它定义了许多操作元素的方法。 Collection接口有两个主要子接口：List和Set。请注意，Map 不是Collection 的子接口。

Collection接口中的方法如下：

1536558946854.jpg 常用的方法有以下几种：

例如，方法add()向集合中添加一个元素；

addAll() 将指定集合中的所有元素添加到集合中；

contains()方法检查集合是否包含指定元素；

toArray() 方法返回一个表示集合的数组。

另外，Collection中还有一个iterator()函数，其作用是返回一个Iterator接口。

通常，我们使用Iterator来遍历集合。 ListIterator 是List 接口所独有的。在List接口中，通过ListIterator()返回一个ListIterator对象。

Collection接口有两个常用的子接口，下面详细介绍。

列表界面

List集合表示一个有序集合，集合中的每个元素都有其对应的顺序索引。 List集合允许使用重复元素，并且可以通过索引访问指定位置的集合元素。

List接口继承自Collection接口，它可以定义一个允许重复的有序集合。因为List中的元素是有序的，所以我们可以通过索引（List中元素的位置，类似于数组下标）来访问List中的元素，这与Java的数组类似。

List接口是Collection的直接接口。 List表示一个有序的Collection，即它使用特定的插入顺序来维护元素的顺序。用户可以精确控制列表中每个元素的插入位置，并且可以根据元素的整数索引（列表中的位置）访问元素并在列表中搜索元素。实现List接口的集合主要有：ArrayList、LinkedList、Vector、Stack。

1）数组列表

ArrayList是一个动态数组，也是我们最常用的集合。它允许插入任何符合规则的元素，甚至是null。每个ArrayList都有一个初始容量（10），它代表数组的大小。随着容器中的元素不断增加，容器的大小也会增大。每次将元素添加到容器时，都会检查容量。当即将溢出时，容量就扩大。因此，如果我们知道要插入的元素数量，最好指定一个初始容量值，以避免过多的扩容操作浪费时间和效率。

size、isEmpty、get、set、iterator 和listIterator 操作都在固定时间内运行。添加操作以摊余常数时间运行，即添加n 个元素需要O(n) 时间（出于缩放考虑，它不仅仅是以摊余常数时间成本添加元素那么简单）。

ArrayList擅长随机访问。同时ArrayList是异步的。

(2)链表

LinkedList也实现了List接口，与ArrayList不同。 ArrayList是一个动态数组，而LinkedList是一个双向链表。所以除了ArrayList的基本操作方法之外，它还在LinkedList的头部或尾部额外提供了get、remove、insert方法。

由于实现方式不同，LinkedList不能随机访问，它的所有操作都必须根据双向链表的需要来进行。列表中的索引操作将从开头或结尾（从更靠近指定索引的结尾）遍历列表。这样做的好处是可以以较低的成本在List中进行插入和删除操作。

与ArrayList 一样，LinkedList 也是异步的。如果多个线程同时访问一个List，它们必须自己实现访问同步。一种解决方法是在创建列表时构造一个同步列表：

列表列表=Collections.synchronizedList(new LinkedList(.));

(3)矢量

与ArrayList类似，但Vector是同步的。所以Vector是一个线程安全的动态数组。其操作与ArrayList几乎相同。

(4)堆栈

Stack继承自Vector，实现了后进先出的堆栈。 Stack 提供了5 个附加方法，允许Vector 用作堆栈。基本的push和pop方法，以及peek方法，获取栈顶的元素，empty方法测试栈是否为空，search方法检测元素在栈中的位置。堆栈创建后是一个空堆栈。

设置界面

Set是一个不包含重复元素的集合。它维护自己的内部顺序，因此随机访问没有意义。与List 一样，它也允许null 存在，但只能有一个。由于Set接口的特殊性，传入Set集合的所有元素必须是不同的。同时，应注意任何可变对象。如果是在对集合中的元素进行操作时导致e1.equals(e2)==true的话，那么肯定会出现一定的问题。 Set接口有3个具体的实现类，分别是哈希集HashSet、链式哈希集LinkedHashSet和树集TreeSet。

Set是一种不包含重复元素且无序的Collection，即任意两个元素e1和e2都有e1.equals(e2)=false，并且Set最多有一个空元素。需要注意的是，虽然Set中的元素没有顺序，但是元素在Set中的位置是由元素的HashCode决定的，其具体位置实际上是固定的。

另外，需要注意的是，set接口中有不重复的特殊要求。

举个例子，对象A和对象B本来是两个不同的对象。一般情况下，都可以放入Set中，但是如果对象A和B都重写了hashcode和equals方法，并且重写了最终的hashcode和equals方法是一样的。那么A和B就不能同时放入Set集合中，即Set集合中的去重和hashcode与equals方法直接相关。

(1)哈希集

HashSet是一个没有重复元素的集合。它是由HashMap实现的，不保证元素的顺序（这里无顺序是指：元素插入的顺序与输出的顺序不一致），而HashSet允许使用null元素。 HashSet是异步的，如果多个线程同时访问一个哈希集，并且至少有一个线程修改了该集合，那么它必须保持外部同步。 HashSet按照Hash算法存储集合的元素，因此具有良好的访问和搜索性能。

HashSet的实现大致如下。元素存储在HashMap 中。元素存储在HashMap的Key中，Value使用Object对象。

HashSet使用和理解的常见误区：

a.HashSet中存储空值

HashSet中允许存储空值，但HashSet中只能存储一个空值。

b.HashSet中元素存储的位置是固定的

HashSet 中存储的元素是无序的。对此，没什么好说的。但由于HashSet底层是基于Hash算法实现的，并且使用的是hashcode，因此HashSet中对应元素的位置是固定的。

c.必须小心处理可变对象。如果Set 中的可变元素更改其状态导致Object.equals(Object)=true，则会导致一些问题。

(2)LinkedHashSet

LinkedHashSet继承自HashSet，其底层基于LinkedHashMap实现，是有序的、异步的。 LinkedHashSet集合还根据元素的hashCode值确定元素的存储位置，但它也使用链表来维护元素的顺序。这使得元素看起来是按插入顺序存储的，即在遍历集合时，LinkedHashSet 会按照添加的顺序访问集合的元素。

(3)树集

TreeSet是一个有序集合，其底层基于TreeMap实现，并且不是线程安全的。 TreeSet 确保集合元素已排序。 TreeSet支持自然排序和自定义排序两种排序方式，其中自然排序是默认排序方式。当我们构造一个TreeSet时，如果我们使用一个不带参数的构造函数，那么TreeSet就会使用一个自然的比较器；如果用户需要使用自定义比较器，则需要使用带比较器的参数。

注意：TreeSet集合不通过hashcode和equals函数来比较元素。它使用compare或compareTo函数来确定元素是否相等。比较函数确定两个对象的id。相同id则判断为重复元素，不会添加。到收藏。

地图界面

Map 与List 和Set 接口不同。它是由一系列键值对组成的集合，提供从键到值的映射。同时，它不继承Collection。在Map中，它保证了key和value之间的一一对应。也就是说一个key对应一个value，所以不能有相同的key值，但是value值当然可以相同。

1536559626995.jpg1.HashMap

它是用哈希表数据结构实现的。当搜索一个对象时，它的位置是通过哈希函数计算的。它是为快速查询而设计的。它内部定义了一个哈希表数组（Entry[]表），元素通过哈希转换函数传递。将元素的哈希地址转换为存储在数组中的索引。如果存在冲突，则使用哈希链表将具有相同哈希地址的所有元素串在一起。您可以查看HashMap.Entry的源代码，它是一个单链表结构。

2.LinkedHashMap

LinkedHashMap是HashMap的子类。它保留插入顺序。如果输出顺序需要与输入顺序相同，则使用LinkedHashMap。

LinkedHashMap 是Map 接口的哈希表和链表实现，具有可预测的迭代顺序。该实现提供了所有可选的映射操作并允许空值和空键。此类不保证映射的顺序，特别是它不保证顺序是不可变的。

LinkedHashMap 实现与HashMap 的不同之处在于，后者维护一个遍历所有条目的双向链表。该链表定义了迭代顺序，可以是插入顺序或访问顺序。

根据链表中元素的顺序，可以分为：按插入顺序的链表和按访问顺序的链表（调用get方法）。默认是按插入顺序排序。如果指定按访问顺序排序，那么调用get方法后，本次访问的元素会被移动到链表的末尾。连续访问可以形成按访问顺序排序的链表。

请注意，此实现不是同步的。如果多个线程同时访问链接的哈希映射，并且至少其中一个线程在结构上修改了该映射，则它必须保持外部同步。

由于LinkedHashMap需要维护元素的插入顺序，所以它的性能比HashMap略低，但由于它使用链表来维护内部顺序，因此在迭代访问Map中的所有元素时会有很好的性能。

3.树形图

TreeMap是一个有序的键值集，异步，基于红黑树（Red-Black tree）实现，每个键值节点作为红黑树的一个节点。 TreeMap在存储时会进行排序，键值对会根据key进行排序。排序方法也分为两种，一种是自然排序，另一种是定制排序，这取决于所使用的构建方法。

自然排序：TreeMap中的所有键必须实现Comparable接口，并且所有键应该是同一类的对象，否则会报ClassCastException。

自定义排序：定义TreeMap时，创建一个比较器对象，对所有TreeMap中的所有键值进行排序。使用自定义排序时，TreeMap 中的所有键不必都实现Comparable 接口。

TreeMap判断两个元素相等的标准：如果两个key通过compareTo()方法返回0，则认为两个key相等。

如果使用自定义类作为TreeMap中的键值，并且希望TreeMap能够正常工作，则必须重写自定义类中的equals()方法。 TreeMap中判断相等的标准是：两个键通过equals()方法返回true，通过compareTo()方法比较应该返回0。

Iterator和ListIterator详解

1.迭代器

Iterator是一个接口，它是集合的迭代器。集合可以使用Iterator来遍历集合中的元素。

Iterator提供的API接口如下：

boolean hasNext()：判断集合中是否存在下一个元素。如果是，则hasNext() 方法返回true。

Object next()：返回集合中的下一个元素。

voidremove()：删除集合中最后一个next方法返回的元素。

注意：

(1)迭代器只能向一个方向移动。

(2) Iterator.remove() 是迭代过程中修改集合的唯一安全方法；如果在迭代过程中以任何其他方式修改基本集合，将会发生未知的行为。并且每次调用next()方法时，remove()方法只能调用一次。如果违反此规则，将引发异常。

列表迭代器

ListIterator 是一个更强大的迭代器。它继承自Iterator接口，只能用于各种List类型的访问。可以通过调用listIterator()方法创建一个指向List开头的ListIterator，也可以调用listIterator(n)方法创建一个从头开始指向列表中索引为n的元素的ListIterator 。

ListIterator 可以：

(1)双向移动(向前/向后遍历)。

(2) 生成列表中迭代器所指向的当前位置的前一个和下一个元素的索引。

(3) 可以使用set()方法来替换它最后访问的元素。

(4) 可以使用add()方法在next()方法返回的元素之前或previous()方法返回的元素之后插入一个元素。

一些比较：

1.ArrayList和LinkedList

(1)ArrayList实现了基于动态数组的数据结构，LinkedList实现了基于链表的数据结构。

（2）对于随机访问get和set，ArrayList肯定比LinkedList好，因为LinkedList需要移动指针。

（3）对于新增、删除操作add、remove，LinedList有优势，因为ArrayList需要移动数据。

这个要看实际情况。如果只插入或删除单条数据，ArrayList比LinkedList更快。但如果批量随机插入和删除数据，LinkedList的速度比ArrayList要好很多。因为每次向ArrayList插入一条数据时，插入点及其后面的所有数据都必须移动。

2.HashTable和HashMap

相似之处：

(1) 全部实现Map、Cloneable和java.io.Serialized接口。

（2）它们都是存储“键值对”的哈希表，并且都是使用zipper方法实现的。

差异：

（1）历史原因：HashTable是基于旧的Dictionary类，而HashMap是Java 1.2中引入的Map接口的实现。

（2）同步性：HashTable是线程安全的，也就是说它是同步的，而HashMap是线程不安全的，不是同步的。

（3）空值的处理：HashMap的键和值可以为空，HashTable的键和值不能为空。

（4）基类不同：HashMap继承自AbstractMap，而Hashtable继承自Dictionary。

Dictionary是一个抽象类，直接继承自Object类，没有实现任何接口。 Dictionary 类是在JDK 1.0 中引入的。虽然Dictionary也支持“添加键值对”、“获取值”、“获取大小”等基本操作，但它的API函数比Map少；而Dictionary一般是通过Enumeration（枚举类）来遍历的。 Map是通过Iterator来遍历的。不过，由于Hashtable也实现了Map接口，因此它同时支持Enumeration遍历和Iterator遍历。

AbstractMap是一个抽象类，它实现了Map接口的大部分API函数；为Map的具体实现类提供了极大的方便。它是JDK 1.2 中添加的新类。

(5)支持不同类型的遍历：HashMap只支持Iterator遍历。 Hashtable支持两种遍历方法：迭代器和枚举。

3. HashMap、Hashtable、LinkedHashMap 和TreeMap 的比较

Hashmap是最常用的Map。它根据key的HashCode值来存储数据。它的值可以根据key直接获取，并且具有非常快的访问速度。遍历时，获取数据的顺序是完全随机的。 HashMap最多只允许一条记录的key为Null；允许多条记录的值为Null； HashMap不支持线程同步，即多个线程可以随时同时写入HashMap；这可能会导致数据不一致。如果需要同步，可以使用Collections的synchronizedMap方法来使HashMap同步。

Hashtable与HashMap类似，只不过：不允许记录的键或值为空；它支持线程同步，即任何时候只有一个线程可以写入Hashtable，这也导致Hashtale在写入时比较慢。

LinkedHashMap保存了记录的插入顺序。使用Iterator遍历LinkedHashMap时，先获取的记录必须先插入。还可以在构建时使用参数按照应用数量进行排序。遍历时会比HashMap慢，但有一个例外。当HashMap容量较大，实际数据较小时，遍历可能会比LinkedHashMap慢，因为LinkedHashMap的遍历速度只与实际数据有关，与容量无关。 HashMap的遍历速度与其容量有关。如果需要输出的顺序与输入的顺序相同，那么可以使用LinkedHashMap。也可以按读取顺序排列，比如按连接池排列。 LinkedHashMap 实现与HashMap 的不同之处在于，后者维护一个遍历所有条目的双向链表。该链表定义了迭代顺序，可以是插入顺序或访问顺序。对于LinkedHashMap来说，它继承自HashMap，底层使用哈希表和双向链表来保存所有元素。其基本操作与父类HashMap类似。它通过重写父类相关方法来实现自己的链表功能。

TreeMap实现了SortMap接口，其内部实现是一棵红黑树。它保存的记录可以根据key进行排序。默认按照键值升序排序。您还可以指定排序比较器。当使用Iterator遍历TreeMap时，得到的记录是排序的。 TreeMap不允许键值为空。异步。

一般情况下，用得最多的就是HashMap。 HashMap中存储的键值对取出来是随机的。它根据key的HashCode值来存储数据。根据key可以直接获取其值，访问速度快。速度。要在Map中插入、删除和定位元素，HashMap是最好的选择。

TreeMap取出来的是排序后的键值对。但如果你想以自然顺序或自定义顺序迭代键，那么TreeMap 会更好。

LinkedHashMap是HashMap的子类。如果需要输出顺序与输入相同，则可以使用LinkedHashMap。也可以按读取顺序排列，比如按连接池排列。

4.HashSet、LinkedHashSet、TreeSet的比较

设置界面

Set 不允许包含相同的元素。如果尝试将两个相同的元素添加到同一集合中，add 方法将返回false。

Set 不是使用==运算符，而是使用equals 方法来确定两个对象相同。也就是说，只要使用equals方法比较两个对象并返回true，Set就不会接受这两个对象。

哈希集

HashSet具有以下特点：

- 不保证元素的排列顺序，并且顺序可能会改变。

-不同步。

- 集合元素可以为null，但只能放置一个null。

当一个元素存储在HashSet组合中时，HashSet会调用该对象的hashCode()方法来获取该对象的hashCode值，然后根据hashCode值确定该对象在HashSet中的存储位置。简单来说，判断HashSet集合中两个元素相等的标准就是通过equals方法两个对象相等，并且两个对象的hashCode()方法的返回值也相等。

注意，如果要将一个对象放入HashSet 并重写该对象对应类的equals 方法，还应该重写其hashCode() 方法。规则是，如果两个对象通过equals方法比较返回true，那么它们的hashCode也应该相同。另外，应该使用对象中用作equals 的标准属性来计算hashCode 的值。

链接哈希集

LinkedHashSet集合还根据元素的hashCode值确定元素的存储位置，但它也使用链表来维护元素的顺序。这使得元素看起来是按插入顺序存储的，即在遍历集合时，LinkedHashSet 会按照添加的顺序访问集合的元素。

LinkedHashSet在迭代访问Set中所有元素时比HashSet性能更好，但在插入时性能略逊于HashSet。

树集类

TreeSet是SortedSet接口的唯一实现类。 TreeSet可以保证集合元素处于排序状态。 TreeSet支持自然排序和自定义排序两种排序方式，其中自然排序是默认排序方式。添加到TreeSet中的应该是同一类的对象

。 TreeSet判断两个对象不相等的方式是两个对象通过equals方法返回false，或者通过CompareTo方法比较没有返回0。自然排序自然排序使用要排序元素的CompareTo（Object obj）方法来比较元素之间大小关系，然后将元素按照升序排列。 Java提供了一个Comparable接口，该接口里定义了一个compareTo(Object obj)方法，该方法返回一个整数值，实现了该接口的对象就可以比较大小。obj1.compareTo(obj2)方法如果返回0，则说明被比较的两个对象相等，如果返回一个正数，则表明obj1大于obj2，如果是负数，则表明obj1小于obj2。如果我们将两个对象的equals方法总是返回true，则这两个对象的compareTo方法返回应该返回0。定制排序自然排序是根据集合元素的大小，以升序排列，如果要定制排序，应该使用Comparator接口，实现 int compare(T o1,T o2)方法。