Java集合类简介

基本概念

Java的集合类，也可以叫做容器类，用来“保存对象”。它有两种：

Collection

如果保存的对象是单个对象，就是 Collection 类。Collection 类就是一个接口。先看看它的实现类和子接口。

这里面最重要的子接口是：Set, List, Queue. JDK 文档说了，JDK不提供Collection接口的直接实现。
看到这里挺纳闷的，明明有那么多类实现了Collection接口，这不是乱说吗？难道是老的JDK有没有直接实现，新的JDK已经有直接实现了，带着问题小心求证一下：

JDK7: https://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/util/Collection.html
The JDK does not provide any direct implementations of this interface: it provides implementations of more specific subinterfaces like Set and List. 

JDK8: https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/util/Collection.html
The JDK does not provide any direct implementations of this interface: it provides implementations of more specific subinterfaces like Set and List. 

JDK9: https://docs.oracle.com/javase/9/docs/api/java/util/Collection.html
The JDK does not provide any direct implementations of this interface: it provides implementations of more specific subinterfaces like Set and List.

JDK10: https://docs.oracle.com/javase/10/docs/api/java/util/Collection.html
The JDK does not provide any direct implementations of this interface: it provides implementations of more specific subinterfaces like Set and List.

事实结果说明我的假设是错的。

Class name	type	related jar	description
ValuesView in ConcurrentHashMap (java.util.concurrent)	inner class	JDK rt.jar	没有实现add 和 addAll 方法
BeanContext (java.beans.beancontext)	interface	JDK rt.jar	public interface BeanContext extends BeanContextChild, Collection, DesignMode, Visibility
Multiset (com.google.common.collect)	interface	guava-27.0.1-jre.jar	一个像Set一样可以保存元素的集合，不过它可以保存重复的元素，这种集合又称之为Bag
CheckedCollection in Collections (java.util)	inner class	JDK rt.jar	一个代理类，在创建的时候传入被代理的Collection对象
Set (java.util)	interface	JDK rt.jar	不包含重复元素的集合。更正式的是，集不包含一对元素 e1 和 e2，使得 e1.equal(e2),最多包含一个null元素。顾名思义，此接口对数学集抽象进行模型。
SynchronizedCollection in Synchronized (com.google.common.collect)	inner class	guava-27.0.1.jar	static class SynchronizedCollection extends SynchronizedObject implements Collection 通过 synchronized (mutex) {}的方式给代理对象加锁
SynchronizedCollection in Collections (java.util)	inner class	rt.jar	static class SynchronizedCollection implements Collection, Serializable 通过 synchronized (mutex) {}的方式给代理对象加锁
ContextStack in ThreadContext (org.apache.logging.log4j)	inner interface	log4j-api.2.11.2.jar	The ThreadContext Stack interface.
AbstractCollection (java.util)	abstract class	JDK rt.jar	没有实现add(E var1)等方法，会抛UnsupportedOperationException
List (java.util)	interface	rt,jar	有序集合（也称为序列）。该界面的用户可以精确控制列表中每个元素的插入位置。用户可以通过其整数索引（列表中的位置）访问元素，并在列表中搜索元素。
CollectionView in ConcurrentHashMap (java.util.concurrent)	inner abstract static class	JDK rt.jar	没有实现完Collection接口的方法。
ForwardingCollection (com.google.common.collect)	abstract class	abstract class	装饰器模式,允许用户向现有对象添加新功能，而无需更改其结构。这种设计模式属于结构模式，因为该模式充当现有类的包装。
UnmodifiableCollection in Collections (java.util)	innner static class	rt.jar	包含一个final属性final Collection<? extends E> c;
Queue (java.util)	interface	rt.jar	设计用于在处理之前容纳元素的集合。除了基本Collection操作外，队列还提供其他插入，提取和检查操作。这些方法中的每一种都以两种形式存在：一种在操作失败时引发异常，另一种返回一个特殊值（null或false，取决于操作）。插入操作的后一种形式是专门为限制容量的Queue 实现而设计的。在大多数实现中，插入操作不会失败。

可以看出，Collection 接口最重要的子接口就是List, Set 和 Queue 了。

先看看Collection的所有方法：

List

有序集合（也称为序列）。该界面的用户可以精确控制列表中每个元素的插入位置。用户可以通过其整数索引（列表中的位置）访问元素，并在列表中搜索元素。
和 Set 相比：

List 允许重复的元素, 也就是说，e1.equals(e2)，可以插入e1 和 e2.
List 如果完全允许使用空元素，则通常允许使用多个空元素。允许插入多个 null 元素.
List 相较于 Collection 接口，扩展了根据索引位置操作元素的方法：
get(int)
set(int, E)
add(int, E)
remove(int)

List 还提供了根据给的对象找索引的方法。

indexOf(Object). 查到第一次出现给定对象的索引位置。
lastIndexOf(Object) , 查找List当中最后一次出现给定对象的位置。

还有返回ListIterator的方法：

listIterator() 返回此列表中的元素的列表迭代器（按适当顺序） ListIterator。
listIterator(int) 从列表中的指定位置开始，以适当的顺序返回在此列表中的元素上的列表迭代器 ListIterator。
插一句嘴，Iterator 和 Iterable 的区别：

package java.util;

import java.util.function.Consumer;

public interface Iterator<E> {
    boolean hasNext();

    E next();

    default void remove() {
        throw new UnsupportedOperationException("remove");
    }

    default void forEachRemaining(Consumer<? super E> var1) {
        Objects.requireNonNull(var1);

        while(this.hasNext()) {
            var1.accept(this.next());
        }

    }
}

package java.lang;

import java.util.Iterator;
import java.util.Objects;
import java.util.Spliterator;
import java.util.Spliterators;
import java.util.function.Consumer;

public interface Iterable<T> {
    Iterator<T> iterator();

    default void forEach(Consumer<? super T> var1) {
        Objects.requireNonNull(var1);
        Iterator var2 = this.iterator();

        while(var2.hasNext()) {
            Object var3 = var2.next();
            var1.accept(var3);
        }

    }

    default Spliterator<T> spliterator() {
        return Spliterators.spliteratorUnknownSize(this.iterator(), 0);
    }
}

Iterator 有方法：

hasNext() 如果迭代具有更多元素，则返回true。
next() 返回迭代中的下一个元素。
remove() 从基础集合中移除此迭代器返回的最后一个元素（可选操作）。
forEachRemaining(Consumer<? super E> action) 对剩余的每个元素执行给定的操作，直到所有元素都已处理或该操作引发异常。
Iterable 有方法：
default void forEach(Consumer<? super T> action) 对中的每个元素执行给定的操作，Iterable 直到所有元素都已处理或该操作引发异常。
Iterator iterator() 返回类型为的元素上的迭代器T。
default Spliterator spliterator() Spliterator在this所描述的元素上创建一个Iterable。

从java9开始，List 还提供一堆of方法，就是返回一个大小不可变的List. 代码实现是用了ImmutableCollections类的方法。
比如返回有N个原属构成的大小固定的List
看到没有，为了达到大小不可变，本质上就是用final修饰了： private final E[] elements;

    static final class ListN<E> extends AbstractImmutableList<E>
            implements Serializable {

        // EMPTY_LIST may be initialized from the CDS archive.
        static @Stable List<?> EMPTY_LIST;

        static {
            VM.initializeFromArchive(ListN.class);
            if (EMPTY_LIST == null) {
                EMPTY_LIST = new ListN<>();
            }
        }

        @Stable
        private final E[] elements;

        @SafeVarargs
        ListN(E... input) {
            // copy and check manually to avoid TOCTOU
            @SuppressWarnings("unchecked")
            E[] tmp = (E[])new Object[input.length]; // implicit nullcheck of input
            for (int i = 0; i < input.length; i++) {
                tmp[i] = Objects.requireNonNull(input[i]);
            }
            elements = tmp;
        }

        @Override
        public boolean isEmpty() {
            return elements.length == 0;
        }

        @Override
        public int size() {
            return elements.length;
        }

        @Override
        public E get(int index) {
            return elements[index];
        }

        @java.io.Serial
        private void readObject(ObjectInputStream in) throws IOException, ClassNotFoundException {
            throw new InvalidObjectException("not serial proxy");
        }

        @java.io.Serial
        private Object writeReplace() {
            return new CollSer(CollSer.IMM_LIST, elements);
        }

        @Override
        public Object[] toArray() {
            return Arrays.copyOf(elements, elements.length);
        }

        @Override
        @SuppressWarnings("unchecked")
        public <T> T[] toArray(T[] a) {
            int size = elements.length;
            if (a.length < size) {
                // Make a new array of a's runtime type, but my contents:
                return (T[]) Arrays.copyOf(elements, size, a.getClass());
            }
            System.arraycopy(elements, 0, a, 0, size);
            if (a.length > size) {
                a[size] = null; // null-terminate
            }
            return a;
        }
    }

关于Stable注解的解释

如果字段的所有组件变量最多更改一次值，则字段可能被批号为稳定字段。字段的值计为其组件值。如果将字段键入为数组，则数组的所有非空组件（深度到字段的数组类型排名）也计为组件值。通过扩展，任何已批过为稳定的变量（数组或字段）称为稳定变量，其非空值或非零值称为稳定值。由于所有字段的引用默认值为 null（对基元为零），因此此注释指示存储在字段中的第一个非空值（resp.，非零）值永远不会更改。如果字段不是数组类型，则没有数组元素，则指示为稳定的值只是字段的值。如果字段值的动态类型是数组，但静态类型不是，则数组的组件不是被视为稳定。如果字段是数组类型，则字段值和字段值的所有组件（如果字段值为非空）都指示为稳定。如果字段类型是排名 [@code N = 1] 的数组类型，则字段值的每个组件（如果字段值是非 null）被视为排名 [@code N-1] 的稳定数组。声明 [@code 最终] 的字段也可以被条号为稳定字段。由于最终字段已作为稳定值，因此此类注释不会传达有关字段值更改的其他信息，但如果字段的类型是数组类型（）如上所述）。HotSpot VM 依赖于此注释将非空（resp.，非零）组件值提升为常量，从而根据此类值（如常量折叠）实现代码的卓越优化。更具体地说，HotSpot VM 将以与静态最终字段类似的方式处理非空稳定字段（最终或其他），从而将字段的值提升为常量。因此，撇开空/非空值和数组的差异不谈，最终的稳定字段将被视为 Java 语言和 HotSpot VM 的最终字段。如果为被批示为稳定的字段提供第三个值（通过显式更新稳定字段、稳定数组的组件或通过反射或其他方式更新最终稳定字段），则会发生什么情况（当前）未定义。由于 HotSpot VM 将非空组件值提升为常量，因此，如果此类常量（字段的第二个值）用作字段的值（更改为第三个值），则 Java 内存模型可能会显示为损坏).@implNote此注释仅适用于引导加载程序加载的类的字段。将忽略在引导加载程序之外加载的类字段上的注释。

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