java容器

发表时间：2008.11.18

编 者：长空飞鹰(http://hi.youkuaiyun.com/oanqoanq)

容器类对于新的开发是最强大的工具之一，可以大幅度提高编程效率。java为我们在java.util包提供了一系列容器接口和类以及操作容器的工具类Arrays, Collections等等。

数组

数组与其他对象容器的区别主要在效率和灵活性上，无疑数组是一种效率最高的存储和随机访问对象引用序列的方式，而灵活性方面，数组长度固定，无法动态改变，这也就限制了它的应用范围，其他对象容器都能动态扩充容量，另外，数组能够保存基本数据类型的数据，而其他对象容器不行。

考虑到效率与类型检查，我们应该尽可能使用数组。

接口

整个Java容器类的基础是容器接口（例如Collection，Map等接口），而不是 类。使用接口的最大好处在于将容器的实现与容器的接口分开，这就意味着你可以使用相同的方法访问容器而不用关心容器是由什么样的数据结构实现的，这样实现类的替换不至于造成大量代码修改。同 样，Iterator接口也使得用户可以使用相同的方法访问不同的容器类。以上这些是通用算法的基础。

迭代器

迭代器是一种设计模式，也是java中的一个接口。它可以在我们不关心或者不知道容器具体类型的情况下，不重写代码就可以访问不同类型的容器，这也是面向接口编程的重要思想之一。迭代器通常被称为“轻量级”对象：创建它的代价小。它只提供三种方法：next, hasNext, remove

Collection接口

Collection是最基本的集合接口，一个Collection代表一组Object，即Collection的元素（Elements）。一些 Collection允许相同的元素而另一些不行。一些能排序而另一些不行。JDK不提供直接继承自Collection的类，JDK提供的类都是继承自Collection的“子接口”————List和Set。

List接口

List是有序的Collection，使用此接口能够精确的控制每个元素插入的位置。用户能够使用索引（元素在List中的位置，类似于数组下标）来访问List中的元素，这类似于Java的数组。和下面要提到的Set不同，List允许有相同的元素。除了具有Collection接口必备的iterator()方法外，List还提供一个listIterator()方法，返回一个 ListIterator接口，和标准的Iterator接口相比，ListIterator多了一些add()之类的方法，允许添加，删除，设定元素， 还能向前或向后遍历。

实现List接口的常用类有LinkedList，ArrayList，Vector和Stack。

LinkedList类

LinkedList实现了List接口，允许null元素。此外LinkedList提供额外的get，remove，insert方法在 LinkedList的首部或尾部。这些操作使LinkedList可被用作堆栈（stack），队列（queue）或双向队列（deque）。

注意LinkedList没有同步方法。如果多个线程同时访问一个List，则必须自己实现访问同步。一种解决方法是在创建List时构造一个同步的List：

List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));

ArrayList类

ArrayList实现了可变大小的数组。它允许所有元素，包括null。ArrayList没有同步。size，isEmpty，get，set方法运行时间为常数。但是add方法开销为分摊的常数，添加n个元素需要O(n)的时间。其他的方法运行时间为线性。每个ArrayList实例都有一个容量（Capacity），即用于存储元素的数组的大小。这个容量可随着不断添加新元素而自动增加，但是增长算法并没有定义。当需要插入大量元素时，在插入前可以调用ensureCapacity方法来增加ArrayList的容量以提高插入效率。和LinkedList一样，ArrayList也是非同步的（unsynchronized）。

Vector类

Vector非常类似ArrayList，但是Vector是同步的，也正因为此，它在实际使用中的效率很低。java2中，Vector被改造过，但并没有使它变得更好，只是为了支持java2之前的代码。Vector提供了一些冗长的方法来访问容器，比如hasMoreElements ,在java2中建议不再使用这些方法。总之，Vector并不像其他容器类一样成功，在一般情况下尽量不使用它。

Stack 类

Stack继承自Vector，实现一个后进先出的堆栈。Stack提供5个额外的方法使得Vector得以被当作堆栈使用：push、pop、peek、empty、search方。Stack继承Vector而非用Vector来构造，所以它拥有Vector的所有特点和方法，这样的栈很怪异，画蛇添足，这也是设计上的失败。为使用理想的栈，我们最好使用LinkedList来构造。

Set接口

Set是一种不包含重复的元素的Collection，即任意的两个元素e1和e2都有e1.equals(e2)=false，Set最多有一个null元素。请注意：必须小心操作可变对象（Mutable Object）。如果一个Set中的可变元素改变了自身状态导致Object.equals(Object)=true将导致一些问题。

TreeSet类

TreeSet是SortedSet的一个实现。树的效率非常高，而且Java标准库中有TreeSet这样的类，以后应该尽量使用TreeSet来提高程序的效率。需要注意的是：TreeSet作为有序集，它通过compareTo或者Comparator来将集合元素排序。任何具有相同比较值的元素（无论它们是否equals()），在TreeSet中都作为同一个元素，从而不能有重复。

HashSet类

HashSet是非常高效的数据结构，与TreeSet不同，HashSet是比较对象的equals()方法来区分不同的对象。这样只有真正不同的对象才能不被重复的加入到集合中。需要注意的是：HashSet效率非常高，但是对象的hashCode函数不好确定。一般默认的对象的hashCode函数是根据对象的内存地址得到的。好的hashCode函数是HashSet成功运用的关键

Map接口

请注意，Map没有继承Collection接口，Map提供key到value的映射。一个Map中不能包含相同的key，每个key只能映射一个 value。Map接口提供3种集合的视图，Map的内容可以被当作一组key集合，一组value集合，或者一组key-value映射。

Hashtable类

Hashtable继承Map接口，它是同步的，实现一个key-value映射的哈希表。任何非空（non-null）的对象都可作为key或者value。添加数据使用put(key, value)，取出数据使用get(key)，这两个基本操作的时间开销为常数。

Hashtable 通过initial capacity和load factor两个参数调整性能。通常缺省的load factor 0.75较好地实现了时间和空间的均衡。增大load factor可以节省空间但相应的查找时间将增大，这会影响像get和put这样的操作。
由于作为key的对象将通过计算其散列函数来确定与之对应的value的位置，因此任何作为key的对象都必须实现hashCode和equals方法。hashCode和equals方法继承自根类Object，如果你用自定义的类当作key的话，要相当小心，按照散列函数的定义，如果两个对象相 同，即obj1.equals(obj2)=true，则它们的hashCode必须相同，但如果两个对象不同，则它们的hashCode不一定不同，如果两个不同对象的hashCode相同，这种现象称为冲突，冲突会导致操作哈希表的时间开销增大，所以尽量定义好的hashCode()方法，能加快哈希 表的操作。

HashMap类

HashMap和Hashtable类似，不同之处在于HashMap是非同步的，并且允许null，即null value和null key。，但是将HashMap视为Collection时（values()方法可返回Collection），其迭代子操作时间开销和HashMap 的容量成比例。因此，如果迭代操作的性能相当重要的话，不要将HashMap的初始化容量设得过高，或者load factor过低。

WeakHashMap类

WeakHashMap是一种改进的HashMap，它对key实行“弱引用”，如果一个key不再被外部所引用，那么该key可以被GC回收。

总结

Collection保存单一的元素，而Map保存相关的键值对。

如果涉及到堆栈，队列等操作，应该考虑用List，对于需要快速插入，删除元素，应该使用LinkedList，如果需要快速随机访问元素，应该使用ArrayList。

Set不接受重复元素。HashSet提供最快的查询速度，而TreeSet保持元素处于排序状态，LinkedHashSet以插入顺序保存元素。

Map是一种将对象与对象关联的设计。HashMap着重快速访问，TreeMap保持“键”始终处于排序状态，linkedHashMap保持元素插入的顺序。

如果程序在单线程环境中，或者访问仅仅在一个线程中进行，考虑非同步的类，其效率较高，如果多个线程可能同时操作一个类，应该使用同步的类。

队列、双向队列，栈等的实现使用LinkedList来构造，尽量不要使用Vector，Stack，hashtable等同步类。

要特别注意对哈希表的操作，作为key的对象要正确复写equals和hashCode方法。

尽量返回接口而非实际的类型，如返回List而非ArrayList，这样如果以后需要将ArrayList换成LinkedList时，客户端代码不用改变。这就是针对抽象编程。

没有最好的容器（数据结构），要根据不同的问题选择不同的容器，以此来达到功能的要求和效率的最优。

容器是我们每天都会用到的工具，适当的使用它可以让程序更加简洁，强大，高效。