Think in java4笔记 --- 容器之集合（Collection,List,Set）

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#框架 #算法 #数据结构 #编程 #Blog

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本文深入解析Java集合框架，包括Collection、List、Set等接口及其实现类的特点与应用场景，对比不同数据结构的优劣。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

java集合类

---------------大部分东西都是从网上弄的------------------

参考：http://nenty.iteye.com/blog/261964

http://blog.youkuaiyun.com/softwave/archive/2009/05/11/4166598.aspx

1. import java.util.List;
2. import java.util.ArrayList;
3. import java.util.LinkedList;

5. import java.util.Map;
6. import java.util.HashMap;
7. import java.util.LinkedHashMap;
8. import java.util.TreeMap;

10. import java.util.Set;
11. import java.util.HashSet;
12. import java.util.LinkedHashSet;
13. import java.util.TreeSet;

15. import java.util.Vector;
16. import java.util.Hashtable;

1. Collection 接口

Collection是最基本的集合接口，用于表示任何对象或元素组。想要尽可能以常规方式处理一组元素时，就使用这一接口。 Java API没有提供直接继承自Collection的类，而提供的类都是继承自Collection的“子接口”如List和Set。
Collection不提供get()方法。如果要遍历Collectin中的元素，就必须用Iterator。

1.1. AbstractCollection 抽象类

AbstractCollection 类提供具体“集合框架”类的基本功能。虽然您可以自行实现 Collection 接口的所有方法，但是，除了iterator()和size()方法在恰当的子类中实现以外，其它所有方法都由 AbstractCollection 类来提供实现。如果子类不覆盖某些方法，可选的如add()之类的方法将抛出异常。

1.2. Iterator 接口

Collection 接口的iterator()方法返回一个 Iterator。Iterator接口方法能以迭代方式逐个访问集合中各个元素，并安全的从Collection 中除去适当的元素。

迭代器是故障快速修复（fail-fast）的。这意味着，当另一个线程修改底层集合的时候，如果您正在用 Iterator 遍历集合，那么，Iterator就会抛出 ConcurrentModificationException （另一种 RuntimeException异常）异常并立刻失败。

2.List接口

List 接口的大小由可变数组的实现。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。

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。

2.１.ListIterator接口

ListIterator 接口继承 Iterator 接口以支持添加或更改底层集合中的元素，还支持双向访问。ListIterator没有当前位置，光标位于调用previous和next方法返回的值之间。一个长度为n的列表，有n+1个有效索引值：

2.2.AbstractList和AbstractSequentialList抽象类

两个抽象的 List 实现类：AbstractList 和 AbstractSequentialList。像 AbstractSet 类一样，它们覆盖了 equals() 和 hashCode() 方法以确保两个相等的集合返回相同的哈希码。若两个列表大小相等且包含顺序相同的相同元素，则这两个列表相等。这里的 hashCode() 实现在 List 接口定义中指定，而在这里实现。
除了equals()和hashCode()，AbstractList和AbstractSequentialList实现了其余 List 方法的一部分。因为数据的随机访问和顺序访问是分别实现的，使得具体列表实现的创建更为容易。

2.3. LinkedList类和ArrayList类

在“集合框架”中有两种常规的 List 实现：ArrayList 和 LinkedList。使用两种 List 实现的哪一种取决于您特定的需要。如果要支持随机访问，而不必在除尾部的任何位置插入或除去元素，那么，ArrayList 提供了可选的集合。但如果，您要频繁的从列表的中间位置添加和除去元素，而只要顺序的访问列表元素，那么，LinkedList 实现更好。

ArrayList 和 LinkedList 都实现 Cloneable 接口，都提供了两个构造函数，一个无参的，一个接受另一个Collection，两者都是非同步的。

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类封装了一个动态再分配的Object[]数组。每个ArrayList对象有一个capacity。这个capacity表示存储列表中元素的数组的容量。当元素添加到ArrayList时，它的capacity在常量时间内自动增加。
在向一个ArrayList对象添加大量元素的程序中，可使用ensureCapacity方法增加capacity。这可以减少增加重分配的数量。

3.Set接口

Set 接口继承 Collection 接口，而且它不允许集合中存在重复项，每个具体的 Set 实现类依赖添加的对象的 equals()方法来检查独一性。Set接口没有引入新方法，所以Set就是一个Collection，只不过其行为不同。

3.1. Hash表

       Hash表是一种数据结构，用来查找对象。Hash表为每个对象计算出一个整数，称为Hash Code(哈希码)。Hash表是个链接式列表的阵列。每个列表称为一个buckets(哈希表元)。对象位置的计算　index = HashCode % buckets (HashCode为对象哈希码，buckets为哈希表元总数)。
       当你添加元素时，有时你会遇到已经填充了元素的哈希表元，这种情况称为Hash Collisions(哈希冲突)。这时，你必须判断该元素是否已经存在于该哈希表中。
       如果哈希码是合理地随机分布的，并且哈希表元的数量足够大，那么哈希冲突的数量就会减少。同时，你也可以通过设定一个初始的哈希表元数量来更好地控制哈希表的运行。初始哈希表元的数量为　buckets = size * 150% + 1 (size为预期元素的数量)。
       如果哈希表中的元素放得太满，就必须进行rehashing(再哈希)。再哈希使哈希表元数增倍，并将原有的对象重新导入新的哈希表元中，而原始的哈希表元被删除。load factor(加载因子)决定何时要对哈希表进行再哈希。在Java编程语言中，加载因子默认值为0.75，默认哈希表元为101。

3.2 Hash算法

哈希算法将任意长度的二进制值映射为固定长度的较小二进制值，这个小的二进制值称为哈希值。哈希值是一段数据唯一且极其紧凑的数值表示形式。如果散列一段明文而且哪怕只更改该段落的一个字母，随后的哈希都将产生不同的值。要找到散列为同一个值的两个不同的输入，在计算上是不可能的，所以数据的哈希值可以检验数据的完整性。

哈希表是根据设定的哈希函数H(key)和处理冲突方法将一组关键字映象到一个有限的地址区间上，并以关键字在地址区间中的象作为记录在表中的存储位置，这种表称为哈希表或散列，所得存储位置称为哈希地址或散列地址。作为线性数据结构与表格和队列等相比，哈希表无疑是查找速度比较快的一种。

3.3. SortedSet接口

“集合框架”提供了个特殊的Set接口：SortedSet，它保持元素的有序顺序。SortedSet接口为集的视图(子集)和它的两端（即头和尾）提供了访问方法。当您处理列表的子集时，更改视图会反映到源集。此外，更改源集也会反映在子集上。发生这种情况的原因在于视图由两端的元素而不是下标元素指定，所以如果您想要一个特殊的高端元素（toElement）在子集中，您必须找到下一个元素。
添加到SortedSet实现类的元素必须实现Comparable接口，否则您必须给它的构造函数提供一个Comparator接口的实现。TreeSet类是它的唯一一份实现。

3.4. AbstractSet抽象类
AbstractSet类覆盖了Object类的equals()和hashCode()方法，以确保两个相等的集返回相同的哈希码。若两个集大小相等且包含相同元素，则这两个集相等。按定义，集的哈希码是集中元素哈希码的总和。因此，不论集的内部顺序如何，两个相等的集会有相同的哈希码。

3.5. HashSet类和TreeSet类
“集合框架”支持Set接口两种普通的实现：HashSet和TreeSet(TreeSet实现SortedSet接口)。在更多情况下，您会使用 HashSet 存储重复自由的集合。考虑到效率，添加到 HashSet 的对象需要采用恰当分配哈希码的方式来实现hashCode()方法。虽然大多数系统类覆盖了 Object中缺省的hashCode()和equals()实现，但创建您自己的要添加到HashSet的类时，别忘了覆盖 hashCode()和equals()。
当您要从集合中以有序的方式插入和抽取元素时，TreeSet实现会有用处。为了能顺利进行，添加到TreeSet的元素必须是可排序的。