Java集合基础知识

 常用的Java集合类包括List、Set、Queue、Map等。其中List、Set、Queue三个接口都继承了Collection接口，而Collection接口又继承了Iteratable接口。Java集合中只能保存对象，不能保存基本类型。泛型在集合中发挥了至关重要的作用，用来指定一个集合中元素的类型。

Collection:

 Collection接口提供了集合类的一些公共方法，下面给出了Collection接口的定义。

public interface Collection<E> extends Iterable<E> {
    int size(); // 集合内元素数量
    boolean isEmpty(); // 集合是否为空
    boolean contains(Object o); // 集合中是否包含o
    Iterator<E> iterator(); // 返回集合的iterator
    Object[] toArray(); // 将集合中元素以数组形式返回
    /**
     * 如果传入数组size足以装下集合中的元素，
     * 则将元素装入后，返回传入数组本身，否
     * 则创建新的数组，填充所有元素后返回
     * 不对传入的数组做修改
     */
    <T> T[] toArray(T[] a); 
    boolean add(E e); // 向集合添加元素
    boolean remove(Object o); // 如果集合中存在o,则将其删除
    boolean containsAll(Collection<?> c); // 当前集合是否包含集合c中的所有元素
    boolean addAll(Collection<? extends E> c); // 将集合c中元素全部添加到当前集合
    boolean removeAll(Collection<?> c); // 集合中的元素如果同时存在集合c中，则将这样的元素全部删除
    boolean retainAll(Collection<?> c); // 集合中的元素如果不存在集合c中，则将这样的元素全部删除（集合交）
    void clear(); // 清空当前集合
    boolean equals(Object o); // 集合本身的比较
    int hashCode(); // 集合本身的hashCode码
    // 以及JDK1.8提供的四个方法：removeIf、spliterator、stream、parallelStream
}

AbstractCollection：

 AbstractCollection是实现了Collection接口的抽象类，各出了Collection中许多方法的默认实现。同时AbstractCollection还覆写了Object的toString()方法。注意到AbstractCollection中有一个私有静态final的字段：MAX_ARRAY_SIZE，其值为整形最大值减8（Integer.MAX_VALUE - 8），限定集合中数组长度的最大值。

public abstract class AbstractCollection<E> implements Collection<E> {

	// Collection中方法的默认实现...

    private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

    public String toString() {
        Iterator<E> it = iterator();
        if (! it.hasNext())
            return "[]";

        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        sb.append('[');
        for (;;) {
            E e = it.next();
            sb.append(e == this ? "(this Collection)" : e);
            if (! it.hasNext())
                return sb.append(']').toString();
            sb.append(',').append(' ');
        }
    }
}

Iterator：

 Interator用于集合类的遍历、修改等操作，Collection接口继承了Iterable接口，说明了集合是可迭代的，能够生成一个Iterator对象。Iterator中有：hasNext()方法，判断是否还有下一个元素；next()方法，返回下一个元素（在hasNext()方法返回true时使用）；remove()方法，删除下一个元素（hasNext()方法返回true时使用）。

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;

public class IteratorDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = new ArrayList<>();
        list.add(1);
        list.add(2);
        list.add(3);
        list.add(4);
        Iterator<Integer> iterator = list.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            Integer i = iterator.next();
            if (i % 2 == 0)
                iterator.remove();
            System.out.print(i + " "); // 1 2 3 4 
        }
        System.out.println();
        System.out.println(list); // [1, 3]
    }
}

List:

 List列表以顺序结构存储数据。Java中两种常用的列表有基于数组实现的ArrayList和基于双向链表实现的LinkedList。ArrayList能够高效的在指定位置上进行访问，由于数组长度不可变，添加元素时，若数组不足以容纳，则需要开辟新的数组，将原数组中元素复制到新数组，再进行添加。扩容策略是，每次增加1/2的容量。而删除操作，会导致大量数组元素的移动。当删除一个元素（除了最后一个）后需要将删除位置之后的所有元素向前移动一个位置。ArrayList更适合高访问量、低修改（插入or删除）量的情况。LinkedList底层采用双向链表，能够高效的进行插入和删除操作，而访问元素效率低下，需要遍历操作。ArrayList适合修改量高、而访问量低的情况。LinkedList同时实现了Queue/Deque接口，即能用作栈，又能用作双端队列。

Map：

 Map提供了基于Key-Value（键值对）的存储，底层数据结构是哈希表，能够根据hash计算，确定某个key的存储位置。哈希表会发生碰撞，一般有链地址法和开放地址法解决冲突。HashMap采用链地址法解决冲突，并且每个槽位上会进行链表和红黑树的相互转换（链表过长访问效率低，但实际上如果hash算法适当，转换成红黑树的情况很少）。LinkedHashMap在HashMap的基础之上，维护了一条按插入顺序的双向链表，当accessOrder设置为true时，该链表还会在发生访问时，调整链表结构。此特性能够帮助我们实现一个提供LRU缓存功能的哈希表。TreeMap的底层数据结构是红黑树（与算法导论中的算法一致），每个节点存储key、value两个域。TreeMap的特性就是红黑树的特性，插入、删除、查找能够在lgn时间内完成，并且所有元素按照二叉树的中序遍历有序。

Set：

 Set表示一组不重复集合，Java中的Set底层数据结构就是Map，利用了Map的键集合来存储数据，以保证数据的不重复。而LinkedHashSet利用的是LinkedHashMap。HashSet使用的是HashMap、LinkedHashSet使用的是LinkedHashMap、TreeSet使用的是TreeMap，而他们的Value值存储的都是同一个静态Object变量。

Queue：

 队列是一种先进先出（FIFO）数据结构，允许在一头插入元素，另一头取出元素，非常适合生产者-消费者的场景。LinkedList实现了双端队列的功能。PriorityQueue优先队列，底层是用数组实现的最小（大）堆，数组能够进行扩容操作，并且在每次插入后进行调整以保持最小（大）堆性质，因此能够保证队头永远是优先级最高的元素。