集合基础知识详解

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##  集合的特点：

集合用来存储不同类型的对象（基本数据类型除外），存储长度可变。
Java集合中实际存放的只是对象的引用，每个集合元素都是一个引用变量，实际内容都放在堆内存或者方法区里面，但是基本数据类型是在栈内存上分配空间的，栈上的数据随时就会被收回的。

## 集合框架图：

![img](https://img-blog.csdnimg.cn/20190310181825411.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Rpd2Vpa2FuZw==,size_16,color_FFFFFF,t_70)

上述类图中，实线边框的是实现类，比如ArrayList，LinkedList，HashMap等，折线边框的是抽象类，比如AbstractCollection，AbstractList，AbstractMap等，而点线边框的是接口，比如Collection，Iterator，List等。

再附上一个稍微简单些的

![img](https://img-blog.csdnimg.cn/20190310181917589.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Rpd2Vpa2FuZw==,size_16,color_FFFFFF,t_70)

### 1、Iteraor接口

(迭代器接口)用于遍历集合中元素的接口，主要包含三种方法：

```java
boolean hasNext()
E next()
void remove()
```

它的一个子接口ListIterator在它的基础上又添加了三种方法：

```java
void add()
E previous()
boolean hasPrevious()
```

也就是说如果实现Iterator接口，那么在遍历集合中元素的时候，只能往后遍历，被遍历过的元素不会再遍历到，通常无序集合实现的都是这个接口，比如HashSet，HashMap；
 而实现了ListIterator接口的集合，可以双向遍历，既可以通过next()访问下一个元素，又可以通过previous()访问前一个元素，比如List。

Iterator和Iterable的区别：
1). Iterator是迭代器接口，而Iterable是为了只要实现该接口就可以使用foreach进行迭代。

2). Iterable中封装了Iterator接口，只要实现了Iterable接口的类，就可以使用Iterator迭代器了。

3). 集合Collection、List、Set都是Iterable的实现类，所以他们及其他们的子类都可以使用foreach进行迭代。

4). Iterator中核心的方法next()、hasnext()、remove()都是依赖当前位置，如果这些集合直接实现Iterator，则必须包括当前迭代位置的指针。当集合在方法间进行传递的时候，由于当前位置不可知，所以next()之后的值，也不可知。而实现Iterable则不然，每次调用都返回一个[从头开始](https://www.baidu.com/s?wd=从头开始&tn=24004469_oem_dg&rsv_dl=gh_pl_sl_csd)的迭代器，各个迭代器之间互不影响。

### 2、Collection （集合的最大接口）继承关系

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。Java SDK不提供直接继承自Collection的类，Java SDK提供的类都是继承自Collection的“子接口”，如List和Set。
所有实现Collection接口的类都必须提供两个标准的构造函数：无参数的构造函数用于创建一个空的Collection；有一个Collection参数的构造函数用于创建一个新的Collection，这个新的Collection与传入的Collection有相同的元素。后一个构造函数允许用户复制一个Collection。
（1）List：有序，可以存放重复的内容
（2）Set：无序，不能存放重复的内容，所以的重复内容靠hashCode()和equals()两个方法区分
（3）Queue：队列接口
（4）SortedSet：可以对集合中的数据进行排序

Collection定义了集合框架的共性功能。

![img](https://img-blog.csdnimg.cn/20190310183420862.png)

集合中存储的都是对象的引用(地址)。

#### List接口

按照元素插入的顺序进行存放，元素可以重复。
其定义的方法包括：

```java
int size();
boolean isEmpty();
boolean contains(Object o);
Iterator<E> iterator();
Object[] toArray();
<T> T[] toArray(T[] a);
boolean add(E e);
boolean remove(Object o);
boolean containsAll(Collection<?> c);
boolean addAll(Collection<? extends E> c);
boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c);
boolean removeAll(Collection<?> c);
void clear();
boolean equals(Object o);
int hashCode();
E get(int index);
E set(int index, E element);
void add(int index, E element);
E remove(int index);
int indexOf(Object o);
int lastIndexOf(Object o);
ListIterator<E> listIterator();
ListIterator<E> listIterator(int index);
List<E> subList(int fromIndex, int toIndex);
```

实现List的子类的特点：
ArrayList：线程不安全，查询速度快。底层都是基于数组来储存集合元素，封装了一个动态的Object[]数组，是一种顺序存储的线性表。
Vector：线程安全，但速度慢，已被ArrayList替代。
LinkedList：线程不安全，增删速度快，没有同步方法，是一个链式存储的线性变，本质上是一个双向链表。
Stack： (已经不用，[可由](https://www.baidu.com/s?wd=可由&tn=24004469_oem_dg&rsv_dl=gh_pl_sl_csd)LinkedList代替)。

#### Set接口

Set接口也是Collection的一种扩展，而与List不同的是，在Set中的对象元素不能重复，也就是说你不能把同样的东西两次放入同一个Set容器中。它的常用具体实现有HashSet和TreeSet类。
HashSet能快速定位一个元素，但是你放到HashSet中的对象需要实现hashCode()方法，它使用了前面说过的哈希码的算法。
TreeSet则将放入其中的元素按序存放，这就要求你放入其中的对象是可排序的，这就用到了集合框架提供的另外两个实用接口Comparable和Comparator。一个类是可排序的，它就应该实现Comparable接口。有时多个类具有相同的排序算法，那就不需要再分别重复定义相同的排序算法，只要实现Comparator接口即可。
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。
很明显，Set的构造函数有一个约束条件，传入的Collection参数不能包含重复的元素。
请注意：必须小心操作可变对象（MutableObject）。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。

#### SortedSet接口(实现了Set接口)

其实这就是个Set接口的输出接口

```java
//普通    返回排序有关联的比较器
public Comparator<? super E>                
//普通    返回集合中的第一个元素
public E first()                    
//普通    返回从开始到指定元素的集合
public SortedSet<E> headSet(E toElement)        
//普通    返回最后一个元素
public E last()
//普通    返回指定对象间的元素
public SortedSet<E> subSet(E fromElement,E toElement)    
//普通    从指定元素到最后
public SortedSet<E> tailSet(E fromElement)
```

实现Set接口子类的特点：
HashSet：底层数据结构由HashMap的键来实现。不保证集合中元素的顺序，即不能保证迭代的顺序与插入的顺序一致。是线程不安全的。
TreeSet：有序的存放，线程不安全，可以对Set集合中的元素进行排序，由红黑树来实现排序，TreeSet实际上也是SortedSet接口的子类，其在方法中实现了SortedSet的所有方法，并使用comparator()方法进行排序。
LinkedHashSet：底层由链表实现，按照元素插入的顺序进行迭代，即迭代输出的顺序与插入的顺序保持一致

### 3、Map接口

Map是一种把键对象和值对象进行关联的容器，而一个值对象又可以是一个Map，依次类推，这样就可形成一个多级映射。对于键对象来说，像Set一样，一个Map容器中的键对象不允许重复，这是为了保持查找结果的一致性；如果有两个键对象一样，那你想得到那个键对象所对应的值对象时就有问题了，可能你得到的并不是你想的那个值对象，结果会造成混乱，所以键的唯一性很重要，也是符合集合的性质的。当然在使用过程中，某个键所对应的值对象可能会发生变化，这时会按照最后一次修改的值对象与键对应。对于值对象则没有唯一性的要求。你可以将任意多个键都映射到一个值对象上，这不会发生任何问题（不过对你的使用却可能会造成不便，你不知道你得到的到底是那一个键所对应的值对象）。
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。
**注意：由于Map中作为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。**

实现Map接口的子类：
Hashtable：Hashtable继承Dictionary<K,V>类，实现了Map接口，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。是同步的。
HashMap：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。
LinkedHashMap：是HashMap的一个子类，如果需要输出的顺序和输入的相同,那么用LinkedHashMap可以实现。Key和Value都允许空；Key重复会覆盖、Value允许重复;非线程安全;有序。
TreeMap：底层是二叉树数据结构。线程不同步。可以用于给map集合中的键进行排序。

**4、Collections和Collection有什么区别？**

Collection是集合框架中的一个顶层接口，它里面定义了单列集合的共性方法。
它有两个常用的子接口:
List：对元素都有定义索引。有序的。可以重复元素。
Set：不可以重复元素。无序。

Collections是集合框架中的一个工具类。该类中的方法都是静态的。提供的方法中有可以对list集合进行排序，二分查找等方法。通常常用的集合都是线程不安全的。因为要提高效率。如果多线程操作这些集合时，可以通过该工具类中的同步方法，将线程不安全的集合，转换成安全的。

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