java中List、Set、Map詳細解析

原創

日月虫莽

2020-02-22 06:09

一.概括List、Set、Map之間的聯繫和區別：

1.List和Set有相同的父類 Collection；區別是Set中沒有相同的元素，List中可以有相同的元素；

2.map 是獨立的合集它使用鍵值對（key-value）的方式來儲存數據；鍵不能有重複的值可以用

二.詳細解析

Collection
├List
│├LinkedList
│├ArrayList
│└Vector
│　└Stack
└Set
 |-HashSet
 └TreeSet        
Map
├Hashtable
├HashMap
└WeakHashMap

1.List

有序的集合。用法上可以代替數組來使用，方便根據index（位置）進行插入和查找。List中可以包含null元素。

|--List:
|-- ArrayList：底層使用的是數組結構；數組長度是可變的：百分之五十延長；特點：查詢很快，但增刪慢；線程不同步
|-- LinkedList：底層是鏈表結構；本質是雙向鏈表；特點;查詢較慢，增刪較快;線程不同步
|-- Vector：底層是數組數據結構線程同步（數組長度是可變的百分之百延長）（無論查詢還是增刪都很慢，被ArrayList替代了）

1)LinkedList類

LinkedList實現了List接口、Deque 接口、Cloneable接口、java.io.Serializable接口；LinkedList繼承於AbstractSequentialList；LinkedList提供額外的get，remove，insert方法在 LinkedList的首部或尾部。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沒有同步方法。如果多個線程同時訪問一個List，則必須自己實現訪問同步。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(…));
```

2)ArrayList類

相當於動態數組。

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。
特點是：尋址容易，插入和刪除困難；

2.Set

|--Set:
|-- HashSet：底層使用的是數組結構；數組長度是可變的：百分之五十延長；特點：查詢很快，但增刪慢；線程不同步
|-- TreeSet：底層是鏈表結構；本質是雙向鏈表；特點;查詢較慢，增刪較快;線程不同步

3.Map

|--Map:
|-- Hashtable類：

Hashtable繼承Map接口，實現key-value映射的哈希表。key和value都必須是非空對象。
- 添加數據：put(key, value)，取數據：get(key)，兩個基本操作的時間開銷都爲常數。
- 　Hashtable是同步的。

|-- HashMap類：HashMap是異步的，key和value都可以是null。
其迭代子操作時間開銷和HashMap 的容量成比例,因此，不要將HashMap的初始化容量設得過高，或者load factor過低。

|-- 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。

HashMap遍歷常用的方法（性能較高）

方法一：使用Iterator、entryset遍歷

Map map = new HashMap();
　　     Iterator iter = map.entrySet().iterator();
　　     while (iter.hasNext()) {
　　     Map.Entry entry = (Map.Entry) iter.next();
　　     Object key = entry.getKey();
　　     Object val = entry.getValue();
　　}

該種方式看起來冗餘卻有其優點所在。首先，在老版本java（java1.5以前）中這是惟一遍歷map的方式。另一個好處是，你可以在遍歷時調用iterator.remove()來刪除entries，另一個方法則不能。

方法二：在for-each循環中使用entries來遍歷

這是最常見的並且在大多數情況下也是最可取的遍歷方式。在鍵值都需要時使用。

Map<Integer, Integer> map = new HashMap<Integer, Integer>();
 
for (Map.Entry<Integer, Integer> entry : map.entrySet()) {
 
    System.out.println("Key = " + entry.getKey() + ", Value = " + entry.getValue());
 
}

注意：for-each循環在java 5中被引入所以該方法只能應用於java 5或更高的版本中。如果你遍歷的是一個空的map對象，for-each循環將拋出NullPointerException，因此在遍歷前你總是應該檢查空引用。

HashMap數據結構

HashMap裏面實現一個靜態內部類Entry，其重要的屬性有 key , value, next.
數據
value的值是元素的key的哈希值對數組長度取模得到。如下面第二幅圖中，12%16=12,28%16=12,108%16=12,140%16=12。所以12、28、108以及140都存儲在數組下標爲12的位置。
結構如圖所示：