Java集合框架學習總結

以下介紹經常使用的集合類,這裏不介紹集合類的使用方法,只介紹每個集合類的用途和特點,然後通過比較相關集合類的不同特點來讓我們更深入的瞭解它們。

Collection接口

  • Collection是最基本的集合接口,一個Collection代表一組Object,即Collection的元素(Elements)。
  • 所有實現Collection接口的類都必須提供兩個標準的構造函數:無參數的構造函數用於創建一個空的Collection,有一個 Collection參數的構造函數用於創建一個新的Collection,這個新的Collection與傳入的Collection有相同的元素。後 一個構造函數允許用戶複製一個Collection。
  • 如何遍歷Collection中的每一個元素?不論Collection的實際類型如何,它都支持一個iterator()的方法,該方法返回一個迭代器,使用該迭代器即可遍歷訪問Collection中每一個元素,通過Iterator的遍歷是無序的

典型的用法如下:

Iterator it = collection.iterator(); // 獲得一個迭代子
while(it.hasNext()) {
     Object obj = it.next(); // 得到下一個元素
}

List接口

  • List是有序的Collection,使用此接口能夠精確的控制每個元素插入的位置。用戶能夠使用索引(元素在List中的位置,類似於數組下標)來訪問List中的元素,這類似於Java的數組。
  • 除了具有Collection接口必備的iterator()方法外,List還提供一個listIterator()方法,返回一個 ListIterator接口,和標準的Iterator接口相比,ListIterator多了一些add()之類的方法,允許添加,刪除,設定元素, 還能向前或向後遍歷。
  • 實現List接口的常用類有LinkedList,ArrayList,Vector和Stack。

LinkedList類

  • LinkedList實現了List接口,允許null元素。此外LinkedList提供額外的get,remove,insert方法。這些操作使LinkedList可被用作堆棧(stack),隊列(queue)或雙向隊列(deque)。
  • 注意LinkedList沒有同步性。如果多個線程同時訪問一個LinkedList,則必須自己實現訪問同步。另一種解決方法是在創建List時構造一個同步的List:List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));

ArrayList類

  • ArrayList實現了大小可變的數組。它允許所有元素,包括null。ArrayList沒有同步性。
  • size,isEmpty,get,set方法運行時間爲常數。但是add方法開銷爲分攤的常數,添加n個元素需要O(n)的時間。其他的方法運行時間爲線性。
  • 每個ArrayList實例都有一個容量(Capacity),即用於存儲元素的數組的大小。這個容量可隨着不斷添加新元素而自動增加,但是增長算法並沒有定義。當需要插入大量元素時,在插入前可以調用ensureCapacity方法來增加ArrayList的容量以提高插入效率。

Vector類

Vector非常類似ArrayList,但是Vector是同步的。由Vector創建的Iterator,雖然和 ArrayList創建的Iterator是同一接口,但是,因爲Vector是同步的,當一個Iterator被創建而且正在被使用,另一個線程改變了 Vector的狀態(例如,添加或刪除了一些元素),這時調用Iterator的方法時將拋出 ConcurrentModificationException,因此必須捕獲該異常。

Stack 類

Stack繼承自Vector,實現一個後進先出的堆棧。Stack提供5個額外的方法使得Vector得以被當作堆棧使用。基本的push和pop 方法,還有peek方法得到棧頂的元素,empty方法測試堆棧是否爲空,search方法檢測一個元素在堆棧中的位置。Stack剛創建後是空棧。

Vector、ArrayList和LinkedList比較

  1. 1.Vector是線程同步的,所以它也是線程安全的,而ArrayList和LinkedList是非線程安全的。如果不考慮到線程的安全因素,一般用ArrayList和LinkedList效率比較高。
  2. 2.ArrayList和Vector是實現了基於動態數組的數據結構,LinkedList基於鏈表的數據結構。
  3. 3.如果集合中的元素的數目大於目前集合數組的長度時,Vector增長率爲目前數組長度的100%,而ArrayList增長率爲目前數組長度的50%.如果在集合中使用數據量比較大的數據,用vector有一定的優勢;反之,用ArrayList有優勢。
  4. 3.如果查找一個指定位置的數據,Vector和ArrayList使用的時間是相同的,花費時間爲O(1),而LinkedList需要遍歷查找,花費時間爲O(i),效率不如前兩者。
  5. 4.而如果移動、刪除一個指定位置的數據花費的時間爲0(n-i)n爲總長度,這個時候就應該考慮使用LinkedList,因爲它移動一個指定位置的數據所花費的時間爲0(1)。
  6. 5.對於在指定位置插入數據,LinedList比較佔優勢,因爲ArrayList要移動數據。

Set接口

  • Set是一種不包含重複的元素的Collection,即任意的兩個元素e1和e2都有e1.equals(e2)=false,Set最多有一個null元素。
  • 很明顯,Set的構造函數有一個約束條件,傳入的Collection參數不能包含重複的元素。
  • 請注意:必須小心操作可變對象(Mutable Object)。如果一個Set中的可變元素改變了自身狀態導致Object.equals(Object)=true將導致一些問題。

Map接口

請注意,Map沒有繼承Collection接口,Map提供key到value的映射。一個Map中不能包含相同的key,每個key只能映射一個 value。

Map接口提供3種集合的視圖,Map的內容可以被當作一組key集合,一組value集合,或者一組key-value映射。


Hashtable類

  • Hashtable繼承Map接口,實現一個key-value映射的哈希表。任何非空(non-null)的對象都可作爲key或者value
  • 添加數據使用put(key, value),取出數據使用get(key),這兩個基本操作的時間開銷爲常數。
  • Hashtable通過initial capacity和load factor兩個參數調整性能。通常缺省的load factor 0.75較好地實現了時間和空間的均衡。增大load factor可以節省空間但相應的查找時間將增大,這會影響像get和put這樣的操作。
  • 由於作爲key的對象將通過計算其散列函數來確定與之對應的value的位置,因此任何作爲key的對象都必須實現hashCode和equals方法。hashCode和equals方法繼承自根類Object。
  • Hashtable是同步的。

HashMap類

HashMap和Hashtable類似,不同之處在於HashMap是非同步的,並且允許null,即null value和null key。但是將HashMap視爲Collection時(values()方法可返回Collection),其迭代子操作時間開銷和HashMap 的容量成比例。因此,如果迭代操作的性能相當重要的話,不要將HashMap的初始化容量設得過高,或者load factor過低。


TreeMap類

  • HashMap通過hashcode對其內容進行快速查找,無序的;而TreeMap中所有的元素都保持着某種固定的順序,有序的。
  • 在Map 中插入、刪除和定位元素,HashMap 是最好的選擇。但如果您要按自然順序或自定義順序遍歷鍵,那麼TreeMap會更好。使用HashMap要求添加的鍵類明確定義了hashCode()和 equals()的實現。
  • TreeMap沒有調優選項,因爲該樹總處於平衡狀態。

WeakHashMap類

WeakHashMap是一種改進的HashMap,它對key實行“弱引用”,如果一個key不再被外部所引用,那麼該key可以被GC回收。


總結

  • 如果涉及到堆棧,隊列等操作,應該考慮用List;對於需要快速插入,刪除元素,應該使用LinkedList;如果需要快速隨機訪問元素,應該使用ArrayList。
  • 如果程序在單線程環境中,或者訪問僅僅在一個線程中進行,考慮非同步的類,其效率較高;如果多個線程可能同時操作一個類,應該使用同步的類。
  • 要特別注意對哈希表的操作,作爲key的對象要正確複寫equals和hashCode方法。
  • 使用Map時,查找、更新、刪除、新增最好使用HashMap或HashTable;對Map進行自然順序或自定義鍵順序遍歷時,最好使用TreeMap;
  • 儘量返回接口而非實際的類型,如返回List而非ArrayList,這樣如果以後需要將ArrayList換成LinkedList時,客戶端代碼不用改變。這就是針對抽象編程。

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