java 容器结构
先来看下层次关系。
如图所示:图中,实线边框的是实现类,折线边框的是抽象类,而点线边框的是接口
Collection(接口)
├──List(接口)
│ ├──LinkedList(实现类)
│ ├──ArrayList(实现类)
│ └──Vector(实现类)
│ └──Stack(实现类)
└──Set(接口)
├──TreeSet(实现类)
├──Hashset(实现类)
│ └──LinkedHashset(实现类)
└──EnumSet(抽象类)
Map (接口)
├──Hashtable (实现类)
├──HashMap (实现类)
│ └──LinkedHashMap (实现类)
├──WeakHashMap (实现类)
├──TreeMap (实现类)
└──IdentityHashMap (实现类)
Collection接口
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。
如何遍历Collection中的每一个元素?不论Collection的实际类型如何,它都支持一个iterator()的方法,该方法返回一个迭代子,使用该迭代子即可逐一访问Collection中每一个元素。典型的用法如下:
Iterator it = collection.iterator(); // 获得一个迭代子
while(it.hasNext()) {
Object obj = it.next(); // 得到下一个元素
}
由Collection接口派生的两个接口是List和Set。
List接口
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。
和下面要提到的Set不同,List允许有相同的元素。
除了具有Collection接口必备的iterator()方法外,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。
实现List接口的常用类有LinkedList,ArrayList,Vector和Stack。
LinkedList类
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
ArrayList实现了可变大小的数组。它允许所有元素,包括null。ArrayList没有同步。
size,isEmpty,get,set方法运行时间为常数。但是add方法开销为分摊的常数,添加n个元素需要O(n)的时间。其他的方法运行时间为线性。
每个ArrayList实例都有一个容量(Capacity),即用于存储元素的数组的大小。这个容量可随着不断添加新元素而自动增加,但是增长算法并没有定义。当需要插入大量元素时,在插入前可以调用ensureCapacity方法来增加ArrayList的容量以提高插入效率。
和LinkedList一样,ArrayList也是非同步的(unsynchronized)。
Vector类
Vector非常类似ArrayList,但是Vector是同步的。由Vector创建的Iterator,虽然和ArrayList创建的Iterator是同一接口,但是,因为Vector是同步的,当一个Iterator被创建而且正在被使用,另一个线程改变了Vector的状态(例如,添加或删除了一些元素),这时调用Iterator的方法时将抛出ConcurrentModificationException,因此必须捕获该异常。
Stack 类
Stack继承自Vector,实现一个后进先出的堆栈。Stack提供5个额外的方法使得Vector得以被当作堆栈使用。基本的push和pop方法,还有peek方法得到栈顶的元素,empty方法测试堆栈是否为空,search方法检测一个元素在堆栈中的位置。Stack刚创建后是空栈。
Set接口
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(Mutable Object)。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。
HashSet 和 TreeSet
HashSet性能要好于TreeSet(特别是最常用的添加、查询元素等操作)
原因:因为TreeSet需要额外的红黑树算法维护集合元素的次序。只有需要一个保持排序的Set时,才应该使用TreeSet,否则都应该使用HashSet。
HashSet 和 LinkedHashSet
HashSet 还有一个子类:LinkedHashSet,对于普通的插入,删除操作,LinkedHashSet比HashSet要略微慢一点,这是由维护链表所带来的额外开销造成的,但由于有了链表,遍历LinkedHashSet会更快。
EnumSet是所有Set实现类中性能最好的,但它只能保存同一个枚举类的枚举值作为集合元素。参考:https://blog.csdn.net/tugangkai/article/details/79509067
![](https://images.cnblogs.com/OutliningIndicators/ContractedBlock.gif)
1 public enum day{ 2 a,b,c,d 3 } 4 EnumSet<day> set = null; 5 6 set = EnumSet.noneOf(day.class); 7 System.out.println(set);//[] 8 9 set.add(day.a); 10 set.add(day.b); 11 System.out.println(set);//[a, b] 12 13 set = EnumSet.allOf(day.class); 14 System.out.println(set);//[a, b, c, d] 15 16 set = EnumSet.copyOf(EnumSet.allOf(day.class)); 17 System.out.println(set);//[a, b, c, d] 18 19 List<day> list = new ArrayList<day>(); 20 list.add(day.a); 21 list.add(day.b); 22 set = EnumSet.copyOf(list); 23 System.out.println(set); //[a, b] 24 25 set = EnumSet.range(day.b, day.c); 26 System.out.println(set);//[b, c]
扩展:EnumMap
![](https://images.cnblogs.com/OutliningIndicators/ContractedBlock.gif)
1 EnumMap<day, String> map = new EnumMap<>(day.class);//定义一个空enummap 2 map.put(day.a, "enum->a"); 3 map.put(day.b, "enum->b"); 4 System.out.println(map);//{a=enum->a, b=enum->b} 5 6 Map<day, String> hashmap = new HashMap<day, String>(); 7 hashmap.put(day.c, "enum->c"); 8 hashmap.put(day.d, "enum->d"); 9 map = new EnumMap<>(hashmap);// 10 System.out.println(map);//{c=enum->c, d=enum->d} 11 12 map = new EnumMap<>(map); 13 System.out.println(map);//{c=enum->c, d=enum->d}
注意:
Set的三个实现类HashSet、TreeSet和EnumSet都是线程不安全的。
如果有多个线程同事访问一个Set集合,并且有超过一个线程修改了该Set集合,则必须手动保证该Set集合的同步。
同步:
解决:通常通过Collections工具类的synchronizedSortedSet方法来“包装”该Set集合。
注意:此操作最好在创建时进行,以防止对Set集合的意外非同步访问。
示例:SortedSet set = Collections.synchronizedSortedSet(new TreeSet());
Map接口
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。
Hashtable类
Hashtable继承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HashMap的线程安全版,它支持线程的同步,即任一时刻只有一个线程能写Hashtable,因此也导致了Hashtale在写入时会比较慢,它继承自Dictionary类,不同的是它不允许记录的键或者值为null,同时效率较低
添加数据使用put(key, value),取出数据使用get(key),这两个基本操作的时间开销为常数。
Hashtable通过initial capacity和load factor两个参数调整性能。通常缺省的load factor 0.75较好地实现了时间和空间的均衡。增大load factor可以节省空间但相应的查找时间将增大,这会影响像get和put这样的操作。
使用Hashtable的简单示例如下,将1,2,3放到Hashtable中,他们的key分别是”one”,”two”,”three”:
Hashtable numbers = new Hashtable();
numbers.put(“one”, new Integer(1));
numbers.put(“two”, new Integer(2));
numbers.put(“three”, new Integer(3));
要取出一个数,比如2,用相应的key:
Integer n = (Integer)numbers.get(“two”);
System.out.println(“two = ” + n);
由于作为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。hashCode和equals方法继承自根类Object,如果你用自定义的类当作key的话,要相当小心,按照散列函数的定义,如果两个对象相同,即obj1.equals(obj2)=true,则它们的hashCode必须相同,但如果两个对象不同,则它们的hashCode不一定不同,如果两个不同对象的hashCode相同,这种现象称为冲突,冲突会导致操作哈希表的时间开销增大,所以尽量定义好的hashCode()方法,能加快哈希表的操作。
如果相同的对象有不同的hashCode,对哈希表的操作会出现意想不到的结果(期待的get方法返回null),要避免这种问题,只需要牢记一条:要同时复写equals方法和hashCode方法,而不要只写其中一个。
Hashtable是同步的。
ConcurrentHashMap类
线程安全,并且锁分离。ConcurrentHashMap内部使用段(Segment)来表示这些不同的部分,每个段其实就是一个小的hash table,它们有自己的锁。只要多个修改操作发生在不同的段上,它们就可以并发进行。
HashMap类
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 类
LinkedHashMap保存了记录的插入顺序,在用Iteraor遍历LinkedHashMap时,先得到的记录肯定是先插入的,在遍历的时候会比HashMap慢,有HashMap的全部特性。
WeakHashMap类
WeakHashMap是一种改进的HashMap,它对key实行“弱引用”,如果一个key不再被外部所引用,那么该key可以被GC回收。
TreeMap 类
TreeMap实现SortMap接口,能够把它保存的记录根据键排序,默认是按键值的升序排序(自然顺序),也可以指定排序的比较器,当用Iterator遍历TreeMap时,得到的记录是排过序的。不允许key值为空,非同步的;
IdentityHashMap 类
详细说明以及与HashMap的区别详细参考地址:https://blog.csdn.net/f641385712/article/details/81880711
总结:IdentityHashMap的equals判断的事地址,而hashMap判断equals是通过hashcode,这是两者的本质区别。
七、主要实现类区别小结
ArrayList 和 Vector
1.vector是线程同步的,所以它也是线程安全的,而arraylist是线程异步的,是不安全的。如果不考虑到线程的安全因素,一般用arraylist效率比较高。
2.如果集合中的元素的数目大于目前集合数组的长度时,vector增长率为目前数组长度的100%,而arraylist增长率为目前数组长度的50%。如果在集合中使用数据量比较大的数据,用vector有一定的优势。
3.如果查找一个指定位置的数据,vector和arraylist使用的时间是相同的,如果频繁的访问数据,这个时候使用vector和arraylist都可以。而如果移动一个指定位置会导致后面的元素都发生移动,这个时候就应该考虑到使用linklist,因为它移动一个指定位置的数据时其它元素不移动。
ArrayList 和Vector是采用数组方式存储数据,此数组元素数大于实际存储的数据以便增加和插入元素,都允许直接序号索引元素,但是插入数据要涉及到数组元素移动等内存操作,所以索引数据快,插入数据慢,Vector由于使用了synchronized方法(线程安全)所以性能上比ArrayList要差,LinkedList使用双向链表实现存储,按序号索引数据需要进行向前或向后遍历,但是插入数据时只需要记录本项的前后项即可,所以插入数度较快。
arraylist 和 linkedlist
1.ArrayList是实现了基于动态数组的数据结构,LinkedList基于链表的数据结构。
2.对于随机访问get和set,ArrayList觉得优于LinkedList,因为LinkedList要移动指针。
3.对于新增和删除操作add和remove,LinedList比较占优势,因为ArrayList要移动数据。 这一点要看实际情况的。若只对单条数据插入或删除,ArrayList的速度反而优于LinkedList。但若是批量随机的插入删除数据,LinkedList的速度大大优于ArrayList. 因为ArrayList每插入一条数据,要移动插入点及之后的所有数据。
HashMap与TreeMap
1.HashMap通过hashcode对其内容进行快速查找,而TreeMap中所有的元素都保持着某种固定的顺序,如果你需要得到一个有序的结果你就应该使用TreeMap(HashMap中元素的排列顺序是不固定的)。
2.在Map 中插入、删除和定位元素,HashMap是最好的选择。但如果您要按自然顺序或自定义顺序遍历键,那么TreeMap会更好。使用HashMap要求添加的键类明确定义了hashCode()和 equals()的实现。
两个map中的元素一样,但顺序不一样,导致hashCode()不一样。
同样做测试:
在HashMap中,同样的值的map,顺序不同,equals时,false;
而在treeMap中,同样的值的map,顺序不同,equals时,true,说明,treeMap在equals()时是整理了顺序了的。
HashMap和HashTable
1.同步性:Hashtable是线程安全的,也就是说是同步的,而HashMap是线程序不安全的,不是同步的。
2.HashMap允许存在一个为null的key,多个为null的value 。
3.hashtable的key和value都不允许为null。
关于 Collections.synchronizedList()的讲解 https://www.cnblogs.com/yaowen/p/5983136.html
关于NavigableMap与NavigableSet接口 https://blog.csdn.net/u010126792/article/details/62236367