Java集合框架详解：List、Set、Map及常见实现类比较-优快云博客

1. 什么是集合？

集合类是 Java 数据结构的实现。它允许以各种方式将元素分组，并定义了各种使这些元素更容易操作的方法。集合类是可以往里面保存多个对象的类，存放的是对象，不同的集合类有不同的功能和特点，适合不同的场合，用以解决一些实际问题。

Java中的集合类可以分为两大类：一类是实现Collection接口；另一类是实现Map接口。

Collection是一个基本的集合接口，Collection 中可以容纳一组集合元素（Element）。
Map 没有继承 Collection 接口，与 Collection 是并列关系。Map提供键（key）到值（value）的映射。一个 Map 中不能包含相同的键，每个键只能映射一个值。

Collection 有两个重要的子接口 List 和 Set。List 是一个有序的集合，其中的每个元素都有索引，使用此接口能够准确的控制每个元素插入的位置。Set 接口的特点是不能包含重复的元素，最多有一个 null 元素。

在 Java 中，以 Map 结尾的类都实现了 Map 接口。除了以 Map 结尾的类之外，其他类都实现了 Collection 接口。

2. 为什么要使用集合？

增加代码重用性。
提升程序的运行速度和质量。
降低编程难度。

3. 3个接口介绍

List, Set, Map 的区别

List：存储的元素是有序的、可重复的。
Set：存储的元素是无序的，不可重复的。
Map：使用键值对（Key-Value）存储。Key 是无序的、不可重复的。

3.1 `List` 接口包括以下实现

ArrayList ：Object[] 类型的数组。适用于频繁的查找，线程不安全。
Vector ：Object[] 类型的数组。线程安全。
LinkedList ：双向链表。适用于添加、删除。

3.2 `Set` 接口包括以下实现

HashSet ：基于 HashMap 实现，底层采用 HashMap 保存元素。
LinkedHashSet ：LinkedHashSet 是 HashSet 的子类，其内部是通过LinkedHashMap 实现的。
TreeSet ：是有序的、唯一的。通过红黑树（自平衡的排序二叉树）实现。

3.3 `Map` 接口包括以下实现

HashMap ：底层是基于拉链式散列结构（也就是数组和链表）或红黑树组成。当链表长度大于某一阈值（默认为8）时，会转换成红黑树，以减少搜索时间。如果当前数组的长度小于64，先进行数组扩容，而不是直接转换为红黑树。
LinkedHashMap ：LinkedList 继承于 HashMap ，所以它的底层是在 HashMap 结构的基础上，增加了一条双向链表，使得 HashMap 结构可以保持键值对的插入顺序。同时，通过堆链表进行相应的操作，实现了访问顺序的相关逻辑。
HashTable ：由数组+链表组成，数组是 HashMap 的主体，链表是为了解决哈希冲突。
TreeMap ：红黑树（自平衡的二叉排序树）。

4. 如何选择集合？

根据集合的特点选取，比如，

根据键值获取元素值：Map 下的接口
需要排序：TreeMap
不需要排序：HashMap
需要保证线程安全：ConcurrentHashMap
只需要存放元素值：实现 Collection 接口的集合
需要保证元素唯一：实现 Set 接口的集合，如 HashSet 或 TreeSet
不需要保证元素唯一：实现 List 接口的集合，如 ArrayList 或 LinkedList

5. 比较和区别一些接口或类

1）比较 ArrayList , LinkedList , Vector

	ArrayList	LinkedList	Vector
底层数据结构	Object[] 数组	双向链表	Object[] 数组
是否保证线程安全	不保证	不保证	保证
是否支持随机访问	get(index)	不支持	get(index)
内存空间占用	结尾预留一定的容量空间	每个元素比ArrayList的空间多	结尾预留一定的容量空间

2）比较 Collection 接口中的 Comparable , Comparator

接口	Comparable	Comparator
包	java.lang	java.util
排序的方法	compareTo(Object obj)	compare(Object obj1, Object) obj2)
怎么自定义排序	重写compareTo()	自制 Comparator

自制 Comparator

Comparator<Integer> comparator = new Comparator<Integer>(){
	public int compare(int a, int b) {
        return b-a;
    }
}

重写 compareTo()

public class Person implements Comparable<Person> {
    private int age;
    Person(){}
 	// 重写compareTo()
	public int compareTo(Person p) {
    	if (this.age>p.age)	return 1;
        if (this.age<p.age) return -1;
        return 0;
	}
}

3）比较 HashSet , LinkedHashList , TreeSet

	HashSet	LinkedHashSet	TreeSet
底层	HashMap	HashSet的子类	红黑树
是否有序	无序	有序	有序
线程是否安全	不安全，可以存 null 值	不安全	不安全
遍历	—	按照添加的顺序	按照添加的顺序
排序	—	—	自然排序、定制排序

4）比较 HashMap 和 HashTable

	HashMap	HashTable
线程是否安全	不安全	安全
效率	较高	基本被淘汰
是否支持 Null Key 和 Null Value	Key 为空的只能有一个，Value 为空的可以有多个	不允许有空Key 和空 Value，会抛出异常
初始容量	16/或者给定的大小）	11
扩充容量	变为原来的2倍/扩充为2的幂次方	变为原来的 2n+1

5）比较 HashMap 和 HashSet

类	HashMap	HashSet
实现的接口	Map	Set
底层	基于拉链式散列结构	HashMap
存储对象	键值对	仅存储对象
添加元素的方法	put()	add()
计算哈希码	使用键Key计算Value	两个成员的哈希码可以相同，用equals()判断对象是否相等

6）比较 HashMap 和 TreeMap

类	HashMap	TreeMap
父类	AbstractMap	AbstractMap
实现的接口	—	NavigableMap 和 SortedMap
搜索	—	对集合内元素搜索
排序	—	对集合内的元素根据键排序，默认升序

7）比较 == 和 equals

	==	equals
基本类型	值是否相等	—
引用类型	两个引用是否指向同一个对象地址	没有被重写：比较的是地址是否相等。被重写（如String）：比较的是地址里的内容。

6. Collections 工具类有哪些常用方法？

6.1 排序

void reverse(List list); // 反转
void sort(List list); // 按自然排序的升序排序
void swap(List list, int i, int j); // 交换两个索引位置的元素
// 旋转。distance>0,把list后distance个元素整体移到前面。distance<0,把list前distance个元素整体移到后面。
void rotate(List list, int distance);

6.2 查找，替换

int binarySearch(List list, Object key); // 对list进行二分查找，返回索引
int max(Collection coll); // 根据元素的自然顺序，返回最大的元素
int max(Collection coll, Comparator c); // 根据定制顺序，返回最大的元素
boolean replaceAll(List list, Object oldVal, Object newVal); // 用新元素替换旧元素