Java中的容器詳細講解學習

線性表,鏈表,集合,哈希表是常用的數據結構,在進行Java開發時,JDK已經爲我們提供了一系列相應的類來實現基本的數據結構。這些類均在java.util包中。

Collection
├List
│-├LinkedList
│-├ArrayList
│-└Vector
│ └Stack
└Set

Map
├Hashtable
├HashMap
└WeakHashMap


主要分爲兩個分支:Collection和Map ,其中Map中存儲的對象是以名值對的方式儲存的,如:<name,value>

是字典的實現。

由Collection接口派生的兩個接口是List和Set
其中,List的特點是:有順序而可以重複Set的特點是:無順序而不可重複
什麼是重複?
不是說容器中有兩個格子裝了同一個對象,重複是指:a.equals(b) == true; 所以,當我們自定義對象作爲容器的儲存元素時,我們必須重寫 java.lang.Object的equals方法,Object的默認equals只有當比較的參數是本身時才返回true,明顯不是我們想要的,所以必須重寫,而且,如果重寫equals就必須重寫hashCode()方法,因爲,當我們的對象作爲字典Map的鍵key時,我們的定位是同過 hashCode方法,這樣來提高效率。注:兩個對象equals若爲TRUE,hashCode一定返回同樣的int;但是,如果Equals返回 FALSE,hashCode不一定不同。

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。

和下面要提到的Set不同,List允許有相同的元素。

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(...));

ArrayList類
ArrayList實現了可變大小的數組。它允許所有元素,包括null。ArrayList沒有同步。

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。

和LinkedList一樣,ArrayList也是非同步的(unsynchronized)。

一般情況下使用這兩個就可以了,因爲非同步,所以效率比較高。

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。

Set接口
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。

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。
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。

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。

一般情況下數據結構的選擇:
多查少改選ArrayList

多改少查選LinkedList

如果大量數據進行檢索選Map,


詳細:
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。
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。


同步性
Vector是同步的。這個類中的一些方法保證了Vector中的對象是線程安全的。而ArrayList則是異步的,因此ArrayList中的對象並不是線程安全的。因爲同步的要求會影響執行的效率,所以如果你不需要線程安全的集合那麼使用ArrayList是一個很好的選擇,這樣可以避免由於同步帶來的不必要的性能開銷。

數據增長

從內部實現機制來講ArrayList和Vector都是使用數組(Array)來控制集合中的對象。當你向這兩種類型中增加元素的時候,如果元素的數目超出了內部數組目前的長度它們都需要擴展內部數組的長度,Vector缺省情況下自動增長原來一倍的數組長度,ArrayList是原來的50%,所以最後你獲得的這個集合所佔的空間總是比你實際需要的要大。所以如果你要在集合中保存大量的數據那麼使用Vector有一些優勢,因爲你可以通過設置集合的初始化大小來避免不必要的資源開銷。

輔助類java.lang.Collections

這個類封裝了一些List的算法,包括排序,逆向,隨機排序等等。

重要需要實現的接口:

Comparable接口,當兩個對象涉及比較操作時,使用這個接口的compareTo方法。

Iterator接口,涉及遍歷時使用。
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