Java 集合框架

早在 Java 2 中之前，Java 就提供了特设类。比如：Dictionary, Vector, Stack, 和 Properties 这些类用来存储和操作对象组。虽然这些类都非常有用，但是它们缺少一个核心的，统一的主题。由于这个原因，使用 Vector 类的方式和使用 Properties 类的方式有着很大不同。

集合框架是一个用来代表和操纵集合的统一架构。集合框架被设计成要满足以下几个目标：

1.该框架必须是高性能的。基本集合（动态数组，链表，树，哈希表）的实现也必须是高效的。

2.该框架允许不同类型的集合，以类似的方式工作，具有高度的互操作性。

3.对一个集合的扩展和适应必须是简单的。

为此，整个集合框架就围绕一组标准接口而设计。你可以直接使用这些接口的标准实现，诸如： LinkedList, HashSet, 和 TreeSet 等,除此之外你也可以通过这些接口实现自己的集合。

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从上面的集合框架图可以看到，Java集合框架主要包括两种类型的容器，一种是集合（Collection），存储一个元素集合，另一种是图（Map），存储键/值对映射。

Collection 接口又有 3 种子类型，List、Set 和 Queue，再下面是一些抽象类，最后是具体实现类，常用的有 ArrayList、LinkedList、HashSet、LinkedHashSet、HashMap、LinkedHashMap 等等。

所有的集合框架都包含如下内容：

1.接口：是代表集合的抽象数据类型。例如 Collection、List、Set、Map 等。之所以定义多个接口，是为了以不同的方式操作集合对象
2.实现（类）：是集合接口的具体实现。从本质上讲，它们是可重复使用的数据结构，例如：ArrayList、LinkedList、HashSet、HashMap。
3.算法：是实现集合接口的对象里的方法执行的一些有用的计算，例如：搜索和排序。这些算法被称为多态，那是因为相同的方法可以在相似的接口上有着不同的实现。

除了集合，该框架也定义了几个 Map 接口和类。Map 里存储的是键/值对。尽管Map不是集合，但是它们完全整合在集合中。

Java 集合框架提供了一套性能优良，使用方便的接口和类，java集合框架位于java.util包中， 所以当使用集合框架的时候需要进行导包。

1.集合接口

1.1 Collection 接口

Collection 是最基本的集合接口，一个 Collection 代表一组 Object，即 Collection的元素,Java不提供直接继承自Collection的类，只提供继承于的子接口(如List和set)。

1.2 List 接口

List接口是一个有序的Collection，使用此接口能够精确的控制每个元素插入的位置，能够通过索引(元素在List中位置，类似于数组的下标)来访问List中的元素，第一个元素的索引为0，而且允许有相同的元素。List接口存储一组不唯一，但有序（插入顺序）的对象。

1.3 Set 接口

Set 具有与 Collection完全一样的接口，只是行为上不同，Set 不保存重复的元素。Set 接口存储一组唯一，但无序的对象。

1.4 SortedSet 接口

继承于Set保存有序的集合。

1.5 Map 接口

Map 接口存储一组键值对象，提供key（键）到value（值）的映射。

1.6 Map.Entry 接口

描述在一个Map中的一个元素（键/值对）。是一个Map的内部类。

1.7 SortedMap 接口

继承于 Map，使 Key 保持在升序排列。

1.8 Enumeration

这是一个传统的接口和定义的方法，通过它可以枚举（一次获得一个）对象集合中的元素。这个传统接口已被迭代器取代。

1.9 Set和List的区别

a. Set 接口实例存储的是无序的，不重复的数据。List 接口实例存储的是有序的，可以重复的元素。

b. Set检索效率低下，删除和插入效率高，插入和删除不会引起元素位置改变 <实现类有HashSet,TreeSet>。

c. List和数组类似，可以动态增长，根据实际存储的数据的长度自动增长List的长度。查找元素效率高，插入删除效率低，因为会引起其他元素位置改变<实现类有ArrayList,LinkedList,Vector> 。

2. 集合实现类（集合类）

Java提供了一套实现了Collection接口的标准集合类。其中一些是具体类，这些类可以直接拿来使用，而另外一些是抽象类，提供了接口的部分实现。

AbstractCollection 
//实现了大部分的集合接口。

AbstractList 
//继承于AbstractCollection 并且实现了大部分List接口。

AbstractSequentialList 
//继承于 AbstractList，提供了对数据元素的链式访问而不是随机访问。

LinkedList
//该类实现了List接口，允许有null（空）元素。主要用于创建链表数据结构，该类没有同步方法，且查找效率低。
//如果多个线程同时访问一个List，则必须自己实现访问同步，解决方法就是在创建List时候构造一个同步的List。
//例如：List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));

ArrayList
//该类也是实现了List的接口，实现了可变大小的数组，随机访问和遍历元素时，提供更好的性能。
//该类也是非同步的,在多线程的情况下不要使用。
//ArrayList 增长当前长度的50%，插入删除效率低。

AbstractSet 
//继承于AbstractCollection 并且实现了大部分Set接口。

HashSet
//该类实现了Set接口，不允许出现重复元素，不保证集合中元素的顺序，允许包含值为null的元素，但最多只能一个。

LinkedHashSet
//具有可预知迭代顺序的 Set 接口的哈希表和链接列表实现。

TreeSet
//该类实现了Set接口，可以实现排序等功能。

AbstractMap 
//实现了大部分的Map接口。

HashMap 
//HashMap 是一个散列表，它存储的内容是键值对(key-value)映射。
//该类实现了Map接口，根据键的HashCode值存储数据，具有很快的访问速度，最多允许一条记录的键为null，不支持线程同步。

TreeMap 
//继承了AbstractMap，并且使用一颗树。

WeakHashMap 
//继承AbstractMap类，使用弱密钥的哈希表。

LinkedHashMap 
//继承于HashMap，使用元素的自然顺序对元素进行排序.

IdentityHashMap 
//继承AbstractMap类，比较文档时使用引用相等。

3. 集合算法

集合框架定义了几种算法，可用于集合和映射。这些算法被定义为集合类的静态方法。

在尝试比较不兼容的类型时，一些方法能够抛出 ClassCastException异常。当试图修改一个不可修改的集合时，抛出UnsupportedOperationException异常。

集合定义三个静态的变量：EMPTY_SET，EMPTY_LIST，EMPTY_MAP的。这些变量都不可改变。

4.如何使用迭代器

通常情况下，程序中会遇到遍历一个集合中的元素。一般遍历数组都是采用for循环或者增强for，这两个方法也可以用在集合框架，但是还有一种方法是采用迭代器遍历集合框架，它是一个对象，实现了Iterator 接口或ListIterator接口。

迭代器，使你能够通过循环来得到或删除集合的元素。ListIterator 继承了Iterator，以允许双向遍历列表和修改元素。

4.1 遍历 ArrayList

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;

//遍历ArrayList
public class JavaArrayList {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        list.add("one");
        list.add("two");
        list.add("three");
        
        //第一种遍历方法使用foreach遍历List
        for (String str : list) {
            System.out.println(str);
        }
        System.out.println("");
        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            System.out.println(list.get(i));
        }
        
        System.out.println("");
        //第二种遍历，把链表变为数组相关的内容进行遍历
        String[] strArray = new String[list.size()];
        list.toArray(strArray);
        for (int i = 0; i < strArray.length; i++) {
            System.out.println(strArray[i]);
        }
        System.out.println("");
        for (String str : strArray) {
            System.out.println(str);
        }
        
        System.out.println("");
        //第三种遍历 使用迭代器进行相关遍历
        //不用担心在遍历的过程中会超出集合的长度
        Iterator<String> ite = list.iterator();
        while (ite.hasNext()) {
            System.out.println(ite.next());
        }
    }
}

4.2 遍历Map

import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;

//遍历map
public class JavaMap {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();
        map.put("1", "one");
        map.put("2", "two");
        map.put("3", "three");
        
        //第一种：普遍使用，二次取值
        for (String key : map.keySet()) {
            System.out.println(key + " -> " + map.get(key));
        }
        
        //第二种：通过Map.entrySet使用iterator遍历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(entry.getKey() + " -> " + entry.getValue());
        }
        
        //第三种：通过Map.entrySet遍历key和value(推荐，尤其是容量大时)
        for (Map.Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {
            System.out.println(entry.getKey() + " -> " + entry.getValue());
        }
        
        //第四种：通过Map.values()遍历所有的value，但不能遍历key
        for (String value : map.values()) {
            System.out.println(value);
        }
    }
}

5.总结

集合框架的类和接口均在java.util包中。

Java集合框架为程序员提供了预先包装的数据结构和算法来操纵他们。集合是一个对象，可容纳其他对象的引用。集合接口声明对每一种类型的集合可以执行的操作。任何对象加入集合类后，自动转变为Object类型，所以在取出的时候，需要进行强制类型转换。