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在使用Java語言開發時，繞不開對集合的使用，因此，對集合的掌握是非常有必要的。除此之外，Java的集合框架設計也能看出一些數據結構的設計思想，對開發的進階是很有幫忙的。本系列文章以JDK1.6爲例，介紹下集合框架。
一、集合框架概述
談Java集合框架，基本上繞不開一張圖，如下：
從上圖可以看出，Java 集合框架主要包括兩種類型的容器，一種是Collection，存儲元素集合；另一種是Map，存儲鍵/值對映射。Collection 接口又有 3 種子類型，List、Set 和 Queue，再下面是一些抽象類，最後是具體實現類，常用的有 ArrayList、LinkedList、HashSet、LinkedHashSet、HashMap、LinkedHashMap 等。
將這些子接口或實現類用一個簡單的圖來表示，如下：
二、Collection接口
2.1 List
使用List存儲的特點：元素有序、可重複。常用的實現方式：ArrayList、Vector和LinkedList。
| 具體實現 | 優點 | 缺點 |
|---|---|---|
| ArrayList | 底層數據結構是數組，查詢快，效率高 | 增刪慢， 線程不安全 |
| Vector | 底層數據結構是數組，查詢快，線程安全 | 增刪慢，效率低 |
| LinkedList | 底層數據結構是鏈表，增刪快，效率高 | 查詢慢， 線程不安全 |
ArrayList是一個動態數組，隨着容器中的元素不斷增加，容器的大小也會隨着增加。同時由於ArrayList底層是數組實現，所以可以隨機訪問元素。
Vector與ArrayList類似，不過是同步的，因此Vector是線程安全的動態數組。此外， Stack繼承自Vector，實現一個後進先出的堆棧。
LinkedList是一個雙向鏈表，LinkedList不能隨機訪問，增刪元素比較方便。
2.2 Set
使用Set存儲的特點與List相反：元素無序、不可重複。常用的實現方式：HashSet、LinkedHashSet和TreeSet。
| 具體實現 | 優點 | 缺點 |
|---|---|---|
| HashSet | 底層數據結構是哈希表，可以存儲null元素，效率高 | 線程不安全，需要從重寫hashCode()和equals()來保證元素唯一性 |
| LinkedHashSet | 底層數據結構是鏈表和哈希表(鏈表保證了元素的順序與存儲順序一致，哈希表保證了元素的唯一性)，效率高 | 線程不安全 |
| TreeSet | 底層數據結構是二叉樹，元素唯一且已經排好序 | 需要重寫hashCode和equals()來保證元素唯一性 |
在使用Set存儲數據時，爲保障元素唯一性，常常要重寫hashCode。重寫hashCode方法時，儘量遵循以下原則：
1>相同的對象返回相同的hashCode值
2>不同的對象返回不同的hashCode值，否則，就會增加衝突的概率
3>儘量的讓hashCode值散列開（用異或運算可使結果的範圍更廣）
HashSet中沒有重複元素，底層由HashMap實現，不保證元素的順序(此處的沒有順序是指：元素插入的順序與輸出的順序不一致)，HashSet允許使用null 元素，HashSet是非同步的。
LinkedHashSet繼承自HashSet，其底層是基於LinkedHashMap來實現的，有序，非同步。
TreeSet底層是基於TreeMap實現的，所以元素有序。TreeSet支持兩種排序方式，自然排序和定製排序，其中自然排序爲默認的排序方式。當我們構造TreeSet時，若使用不帶參數的構造函數，則TreeSet的使用自然比較器；若用戶需要使用自定義的比較器，則需要使用帶比較器的參數。TreeSet是非同步的。
自然排序要求元素必須實現Compareable接口，並重寫裏面的compareTo()方法，元素通過比較返回的int值來判斷排序序列，返回0說明兩個對象相同；比較器排需要在TreeSet初始化是時候傳入一個實現Comparator接口的比較器對象，或者採用匿名內部類的方式new一個Comparator對象，重寫裏面的compare()方法。
在使用Set存儲元素時，元素雖然無放入順序，但Set的底層實現其實是Map，元素在Set中的位置是有該元素的HashCode決定的，所以其位置其實是固定的。
至於具體使用哪個集合時，參考如下：
在List和Set兩個分支中，ArrayList和HashSet是對應分支中適應性最廣的，兩者再比較，ArrayList則適用性更廣一些。也就是說如果要確定用List，但不確定用哪種List，就可以使用ArrayList；如果確定用Set，但不確定用哪種Set，就可以使用HashSet。如果只知道用集合，就用ArrayList。
三、Map接口
Map由一系列鍵值對組成的集合，提供了key到Value的映射。在Map中它保證了key與value之間的一一對應關係，即一個key對應一個value，所以不能存在相同的key值，value值可以相同。
常用的Map有：HashMap、LinkedHashMap、TreeMap和HashTable。
| 具體實現 | 優點 | 缺點 |
|---|---|---|
| HashMap | 基於哈希表實現，查詢快，效率高 | 元素存儲時無序，非線程安全 |
| LinkedHashMap | 基於哈希表和鏈表實現，可以保留元素插入時的順序 | 非線程安全 |
| TreeMap | 存儲的元素有序 | 非線程安全 |
| HashTable | 線程安全，不允許null值 | 效率低 |
至於具體使用哪個Map時，參考如下：
在Map中，HashMap是對應分支中適應性最廣的。也就是說如果要確定用Map，但不確定用哪種Map，就可以使用HashMap。
四、集合的比較
4.1 ArrayList和LinkedList
1>ArrayList基於動態數組，LinkedList基於鏈表。
2>對於隨機訪問操作，ArrayList絕對優於LinkedList，因爲LinkedList要移動指針。
3>對於增刪操作，LinedList比較佔優勢，因爲ArrayList要移動數據。
4.2 HashTable與HashMap
1>同步性:HashTable是線程安全的，也就是說是同步的，而HashMap是線程序不安全的，不是同步的 。
2>效率:HashTable效率最低，HashMap效率最高 。
3>對null值的處理：HashMap的key、value都可爲null，HashTable的key、value都不可爲null 。
4>支持的遍歷種類不同：HashMap只支持Iterator遍歷。而Hashtable支持Iterator和Enumeration兩種方式遍歷。
4.3 HashMap、Hashtable、LinkedHashMap和TreeMap
HashMap根據鍵的HashCode 值存儲數據，具有很快的訪問速度。遍歷時，取得數據的順序是完全隨機的。HashMap最多隻允許一條記錄的鍵爲Null;允許多條記錄的值爲Null。
HashMap不支持線程的同步，即任一時刻可以有多個線程同時寫HashMap;可能會導致數據的不一致。如果需要同步，可以用Collections的synchronizedMap方法使HashMap具有同步的能力。
Hashtable 與 HashMap類似，不同的是:它不允許記錄的鍵或者值爲空;它支持線程的同步，即任一時刻只有一個線程能寫Hashtable，因此也導致了Hashtale在寫入時會比較慢。
LinkedHashMap保存了記錄的插入順序，在用Iterator遍歷LinkedHashMap時，先得到的記錄肯定是先插入的，也可以在構造時用帶參數，按照應用次數排序。
TreeMap實現SortMap接口，內部實現是紅黑樹。能夠把它保存的記錄根據鍵排序，默認是按鍵值的升序排序，也可以指定排序的比較器，當用Iterator 遍歷TreeMap時，得到的記錄是排過序的。TreeMap不允許key的值爲null。非同步的。
4.4 HashSet、LinkedHashSet、TreeSet
當向HashSet結合中存入一個元素時，HashSet會調用該對象的hashCode()方法來得到該對象的hashCode值，然後根據 hashCode值來決定該對象在HashSet中存儲位置。簡單的說，HashSet集合判斷兩個元素相等的標準是兩個對象通過equals方法比較相等，並且兩個對象的hashCode()方法返回值也相等。
LinkedHashSet集合同樣是根據元素的hashCode值來決定元素的存儲位置，但是它同時使用鏈表維護元素的次序。這樣使得元素看起來像是以插入順序保存的，也就是說，當遍歷該集合時候，LinkedHashSet將會以元素的添加順序訪問集合的元素。
LinkedHashSet在迭代訪問Set中的全部元素時，性能比HashSet好，但是插入時性能稍微遜色於HashSet。
TreeSet是SortedSet接口的唯一實現類，TreeSet可以確保集合元素處於排序狀態。TreeSet支持兩種排序方式，自然排序和定製排序，其中自然排序爲默認的排序方式。向TreeSet中加入的應該是同一個類的對象。
TreeSet判斷兩個對象不相等的方式是兩個對象通過equals方法返回false，或者通過CompareTo方法比較沒有返回0。
4.5 從類名看特點
Array***:底層數據結構是數組，查詢快，增刪慢。
Linked***:底層數據結構是鏈表，查詢慢，增刪快。
Hash***:底層數據結構是哈希表，元素相同與否取決於兩個方法：hashCode()和equals()。
Tree***:底層數據結構是二叉樹，元素比較的兩種方式：自然排序和比較器排序。