一、集合框架圖

簡化圖：

說明：對于以上的框架圖有如下幾點說明

1.所有集合類都位于java.util包下。Java的集合類主要由兩個接口派生而出：Collection和Map，Collection和Map是Java集合框架的根接口，這兩個接口又包含了一些子接口或?qū)崿F(xiàn)類。

2. 集合接口：6個接口（短虛線表示），表示不同集合類型，是集合框架的基礎(chǔ)。

3. 抽象類：5個抽象類（長虛線表示），對集合接口的部分實現(xiàn)?？蓴U展為自定義集合類。

4. 實現(xiàn)類：8個實現(xiàn)類（實線表示），對接口的具體實現(xiàn)。

5. Collection 接口是一組允許重復(fù)的對象。

6. Set 接口繼承 Collection，集合元素不重復(fù)。

7. List 接口繼承 Collection，允許重復(fù)，維護元素插入順序。

8. Map接口是鍵－值對象，與Collection接口沒有什么關(guān)系。

9.Set、List和Map可以看做集合的三大類：

List集合是有序集合，集合中的元素可以重復(fù)，訪問集合中的元素可以根據(jù)元素的索引來訪問。

Set集合是無序集合，集合中的元素不可以重復(fù)，訪問集合中的元素只能根據(jù)元素本身來訪問（也是集合里元素不允許重復(fù)的原因）。

Map集合中保存Key-value對形式的元素，訪問時只能根據(jù)每項元素的key來訪問其value。

二、總體分析

大致說明：

看上面的框架圖，先抓住它的主干，即Collection和Map。

1、Collection是一個接口，是高度抽象出來的集合，它包含了集合的基本操作和屬性。Collection包含了List和Set兩大分支。

（1）List是一個有序的隊列，每一個元素都有它的索引。第一個元素的索引值是0。List的實現(xiàn)類有LinkedList, ArrayList, Vector, Stack。

（2）Set是一個不允許有重復(fù)元素的集合。Set的實現(xiàn)類有HastSet和TreeSet。HashSet依賴于HashMap，它實際上是通過HashMap實現(xiàn)的；TreeSet依賴于TreeMap，它實際上是通過TreeMap實現(xiàn)的。

2、Map是一個映射接口，即key-value鍵值對。Map中的每一個元素包含“一個key”和“key對應(yīng)的value”。AbstractMap是個抽象類，它實現(xiàn)了Map接口中的大部分API。而HashMap，TreeMap，WeakHashMap都是繼承于AbstractMap。Hashtable雖然繼承于Dictionary，但它實現(xiàn)了Map接口。

3、接下來，再看Iterator。它是遍歷集合的工具，即我們通常通過Iterator迭代器來遍歷集合。我們說Collection依賴于Iterator，是因為Collection的實現(xiàn)類都要實現(xiàn)iterator()函數(shù)，返回一個Iterator對象。ListIterator是專門為遍歷List而存在的。

4、再看Enumeration，它是JDK 1.0引入的抽象類。作用和Iterator一樣，也是遍歷集合；但是Enumeration的功能要比Iterator少。在上面的框圖中，Enumeration只能在Hashtable, Vector, Stack中使用。

5、最后，看Arrays和Collections。它們是操作數(shù)組、集合的兩個工具類。

有了上面的整體框架之后，我們接下來對每個類分別進行分析。

三、Collection接口

Collection接口是處理對象集合的根接口，其中定義了很多對元素進行操作的方法。Collection接口有兩個主要的子接口List和Set，注意Map不是Collection的子接口，這個要牢記。

Collection接口中的方法如下:

其中，有幾個比較常用的方法，比如方法add()添加一個元素到集合中，addAll()將指定集合中的所有元素添加到集合中，contains()方法檢測集合中是否包含指定的元素，toArray()方法返回一個表示集合的數(shù)組。

另外，Collection中有一個iterator()函數(shù)，它的作用是返回一個Iterator接口。通常，我們通過Iterator迭代器來遍歷集合。ListIterator是List接口所特有的，在List接口中，通過ListIterator()返回一個ListIterator對象。

Collection接口有兩個常用的子接口，下面詳細介紹。

1.List接口

List集合代表一個有序集合，集合中每個元素都有其對應(yīng)的順序索引。List集合允許使用重復(fù)元素，可以通過索引來訪問指定位置的集合元素。

List接口繼承于Collection接口，它可以定義一個允許重復(fù)的有序集合。因為List中的元素是有序的，所以我們可以通過使用索引（元素在List中的位置，類似于數(shù)組下標(biāo)）來訪問List中的元素，這類似于Java的數(shù)組。

List接口為Collection直接接口。List所代表的是有序的Collection，即它用某種特定的插入順序來維護元素順序。用戶可以對列表中每個元素的插入位置進行精確地控制，同時可以根據(jù)元素的整數(shù)索引（在列表中的位置）訪問元素，并搜索列表中的元素。實現(xiàn)List接口的集合主要有：ArrayList、LinkedList、Vector、Stack。

（1）ArrayList

ArrayList是一個動態(tài)數(shù)組，也是我們最常用的集合。它允許任何符合規(guī)則的元素插入甚至包括null。每一個ArrayList都有一個初始容量（10），該容量代表了數(shù)組的大小。隨著容器中的元素不斷增加，容器的大小也會隨著增加。在每次向容器中增加元素的同時都會進行容量檢查，當(dāng)快溢出時，就會進行擴容操作。所以如果我們明確所插入元素的多少，最好指定一個初始容量值，避免過多的進行擴容操作而浪費時間、效率。

size、isEmpty、get、set、iterator 和 listIterator 操作都以固定時間運行。add 操作以分攤的固定時間運行，也就是說，添加 n 個元素需要 O(n) 時間（由于要考慮到擴容，所以這不只是添加元素會帶來分攤固定時間開銷那樣簡單）。

ArrayList擅長于隨機訪問。同時ArrayList是非同步的。

（2）LinkedList

同樣實現(xiàn)List接口的LinkedList與ArrayList不同，ArrayList是一個動態(tài)數(shù)組，而LinkedList是一個雙向鏈表。所以它除了有ArrayList的基本操作方法外還額外提供了get，remove，insert方法在LinkedList的首部或尾部。

由于實現(xiàn)的方式不同，LinkedList不能隨機訪問，它所有的操作都是要按照雙重鏈表的需要執(zhí)行。在列表中索引的操作將從開頭或結(jié)尾遍歷列表（從靠近指定索引的一端）。這樣做的好處就是可以通過較低的代價在List中進行插入和刪除操作。

與ArrayList一樣，LinkedList也是非同步的。如果多個線程同時訪問一個List，則必須自己實現(xiàn)訪問同步。一種解決方法是在創(chuàng)建List時構(gòu)造一個同步的List：

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

（3）Vector

與ArrayList相似，但是Vector是同步的。所以說Vector是線程安全的動態(tài)數(shù)組。它的操作與ArrayList幾乎一樣。

（4）Stack

Stack繼承自Vector，實現(xiàn)一個后進先出的堆棧。Stack提供5個額外的方法使得Vector得以被當(dāng)作堆棧使用?；镜膒ush和pop 方法，還有peek方法得到棧頂?shù)脑?，empty方法測試堆棧是否為空，search方法檢測一個元素在堆棧中的位置。Stack剛創(chuàng)建后是空棧。

2.Set接口

Set是一種不包括重復(fù)元素的Collection。它維持它自己的內(nèi)部排序，所以隨機訪問沒有任何意義。與List一樣，它同樣允許null的存在但是僅有一個。由于Set接口的特殊性，所有傳入Set集合中的元素都必須不同，同時要注意任何可變對象，如果在對集合中元素進行操作時，導(dǎo)致e1.equals(e2)==true，則必定會產(chǎn)生某些問題。Set接口有三個具體實現(xiàn)類，分別是散列集HashSet、鏈?zhǔn)缴⒘屑疞inkedHashSet和樹形集TreeSet。

Set是一種不包含重復(fù)的元素的Collection，無序，即任意的兩個元素e1和e2都有e1.equals(e2)=false，Set最多有一個null元素。需要注意的是:雖然Set中元素沒有順序，但是元素在set中的位置是由該元素的HashCode決定的，其具體位置其實是固定的。

此外需要說明一點，在set接口中的不重復(fù)是有特殊要求的。

舉一個例子:對象A和對象B，本來是不同的兩個對象，正常情況下它們是能夠放入到Set里面的，但是如果對象A和B的都重寫了hashcode和equals方法，并且重寫后的hashcode和equals方法是相同的話。那么A和B是不能同時放入到Set集合中去的，也就是Set集合中的去重和hashcode與equals方法直接相關(guān)。

為了更好地理解，請看下面的例子：

public class Test{

public static void main(String[] args) {

Set set=new HashSet();

set.add("Hello");

set.add("world");

set.add("Hello");

System.out.println("集合的尺寸為:"+set.size());

System.out.println("集合中的元素為:"+set.toString());

}

}

運行結(jié)果：

集合的尺寸為:2

集合中的元素為:[world, Hello]

分析：由于String類中重寫了hashcode和equals方法，用來比較指向的字符串對象所存儲的字符串是否相等。所以這里的第二個Hello是加不進去的。

再看一個例子：

public class TestSet {

public static void main(String[] args){

Set books = new HashSet();

//添加一個字符串對象

books.add(new String("Struts2權(quán)威指南"));

//再次添加一個字符串對象，

//因為兩個字符串對象通過equals方法比較相等，所以添加失敗，返回false

boolean result = books.add(new String("Struts2權(quán)威指南"));

System.out.println(result);

//下面輸出看到集合只有一個元素

System.out.println(books);

}

}

運行結(jié)果：

false

[Struts2權(quán)威指南]

說明：程序中，book集合兩次添加的字符串對象明顯不是一個對象（程序通過new關(guān)鍵字來創(chuàng)建字符串對象），當(dāng)使用==運算符判斷返回false，使用equals方法比較返回true，所以不能添加到Set集合中，最后只能輸出一個元素。

（1）HashSet

HashSet 是一個沒有重復(fù)元素的集合。它是由HashMap實現(xiàn)的，不保證元素的順序(這里所說的沒有順序是指：元素插入的順序與輸出的順序不一致)，而且HashSet允許使用null 元素。HashSet是非同步的，如果多個線程同時訪問一個哈希set，而其中至少一個線程修改了該set，那么它必須保持外部同步。 HashSet按Hash算法來存儲集合的元素，因此具有很好的存取和查找性能。

HashSet的實現(xiàn)方式大致如下，通過一個HashMap存儲元素，元素是存放在HashMap的Key中，而Value統(tǒng)一使用一個Object對象。

HashSet使用和理解中容易出現(xiàn)的誤區(qū):

a.HashSet中存放null值

HashSet中是允許存入null值的，但是在HashSet中僅僅能夠存入一個null值。

b.HashSet中存儲元素的位置是固定的

HashSet中存儲的元素的是無序的，這個沒什么好說的，但是由于HashSet底層是基于Hash算法實現(xiàn)的，使用了hashcode，所以HashSet中相應(yīng)的元素的位置是固定的。

c.必須小心操作可變對象（Mutable Object）。如果一個Set中的可變元素改變了自身狀態(tài)導(dǎo)致Object.equals(Object)=true將導(dǎo)致一些問題。

（2）LinkedHashSet

LinkedHashSet繼承自HashSet，其底層是基于LinkedHashMap來實現(xiàn)的，有序，非同步。LinkedHashSet集合同樣是根據(jù)元素的hashCode值來決定元素的存儲位置，但是它同時使用鏈表維護元素的次序。這樣使得元素看起來像是以插入順序保存的，也就是說，當(dāng)遍歷該集合時候，LinkedHashSet將會以元素的添加順序訪問集合的元素。

（3）TreeSet

TreeSet是一個有序集合，其底層是基于TreeMap實現(xiàn)的，非線程安全。TreeSet可以確保集合元素處于排序狀態(tài)。TreeSet支持兩種排序方式，自然排序和定制排序，其中自然排序為默認的排序方式。當(dāng)我們構(gòu)造TreeSet時，若使用不帶參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)，則TreeSet的使用自然比較器；若用戶需要使用自定義的比較器，則需要使用帶比較器的參數(shù)。

注意：TreeSet集合不是通過hashcode和equals函數(shù)來比較元素的.它是通過compare或者comparaeTo函數(shù)來判斷元素是否相等.compare函數(shù)通過判斷兩個對象的id，相同的id判斷為重復(fù)元素，不會被加入到集合中。

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