Java 集合Collection——初学者参考，高手慎入（未完待续）

1.集合简介和例子

Collection，集合。和数学定义中的集合类似，把很多元素放在一个容器中，方便我们存放结果/查找等操作。

Collection集合实际上是很多形式集合的一个抽象。

例如十九大就要召开，那么到人民大会堂与会的人就是一个集合 ，这个集合里装载了许多元素，每个元素就是一个人大代表。

再比如北京的全聚德烤鸭非常出名，每天都有人排队购买，这个队也是一个集合。

上面这两个例子就展示了两个不同的集合，人大代表的集合其实就是一个简单的聚合，把若干元素集中在一起。第二个例子，排队就具有比较鲜明的特征了，先到的人可以先买到，有一个顺序的关系。

2.面向对象思想中的“抽象”

Colletion是一个抽象，Java编程设计中，抽象是很常用也很重要的方法。

那么，抽象是什么？

抽象，先从语文的角度看一下这个词汇，按照《咬文嚼字》拆解词语的方式，“抽象”，抽：抽取，抽出；象：现象，形象，象征，特征。现在把两个字组合起来，抽象的意思就是“抽取特征”。它的反义词是具体。

Collection集合是一种抽象。就像衬衫，裤子，内衣都可以称作衣服一样 ，衣服就是一种抽象。而之后要了解的数组(Array)，链表(List)，Set，队列(Queue)，栈(Stack)，等都是集合的一种。这些不同的集合，就如不同的衣服一样，有着不同的作用，然而他们都是集合。

Collection在Java中是一个接口，接口可以简单的理解为一种规范或者协议。

接口中定义了一些条款，所有遵守接口协议的人，都必须按照我给出的条款而必须具有某种功能。例如Collection中规定，首先能够成为一个容器，用来盛放一些数据，其次集合要有添加和删除元素的功能等等。于是集合的这些不同形式例如 数组/链表/队列 都可以放置数据，并且有添加元素和删除元素的功能。

也就是说，Collection接口描述了作为一个集合要拥有的特征，但是Collection接口本身并没有这些功能，这就是抽象，而数组，链表这些具体的集合拥有Collection的规定的特征，且具体地表示了一类集合，并能够执行操作。

例如生物学上的分类，对于每一个分类都是抽象：界，门，纲，目，科，属，种。例如对于人来说，人其实就是一个抽象，远到盘古夸父，秦皇汉武，唐宗宋祖，近到毛邓，爱因斯坦，卓别林，这里的每个伟人都是人的具体实现。人其实是属的名称，动物界，脊索动物门，脊椎动物亚门，哺乳纲，灵长目，人科，人属，智人种。很久之前，也存在其他的人种，到如今只剩下智人，再无奈也是物竞天择的结果。

楼已歪，扶正继续。

智人种给出了这么一个定义，脑容量大，直立行走，可以制造工具等。但是“人”本身只是一个一类东西的统称，规定了作为一个人应该有什么样的功能和属性，而真正能够使用这些功能和属性的，是我们每个具体的人。而对于每一个读者，都是动物这个抽象下的具体，你可以想象，你和天空中刚刚飞过的那只鸟，你膝盖上卧着的猫，甚至厕所里的蟑螂都实现了动物这个接口，而你和电脑旁的仙人掌，绿萝，口腔里的细菌却没有什么动物界交集。然而所有这些，又都实现了另一个更抽象的接口，生物。

没有最抽象，只有更抽象——也许这句话才是对“抽象”最好的解释。

我们应该如何抽象？

抽象的过程就是抽取特征的过程。例如我想要一块肉，也就是说我描述了肉的基本特征，需要来自可食用的动物，并且经过加工之后吃起来很香，当然这些是特征描述，也是某种意义的限制，限制了肉不仅要健康可食用，而且要好吃。脱离了案牍劳形，脱离了嘈杂忙乱，打电话给母亲：我想吃肉。于是，红烧肉，西红柿炖牛腩，小鸡炖蘑菇，糖醋鱼等等。显然，我说吃肉，只是一个抽象的表述，母亲根据我的喜好，给出了多个具体的肉的实现。

Java里的思想也是这样，所有的Java类都继承于Object类，就像所有具有生命的东西都是生物一样。抽象，使得Java语言，更能描述我们熟知的事物，使其更能贴近我们的语言，而不是冰冷的机器和陌生的二进制数字。

3.集合中最常见的两种结构——数组和链表

最常用的集合有数组，链表，Set，队列，栈，还有vector，vector在这里不做介绍。

首先举个例子说明数组和链表的区别。

 

 数据在内存里的存储方式，非常类似我们在一张田字格的纸张上书写汉字。

通常我们会从头开始，一个格子一个格子地按顺序写下去。就像左侧图片所示，在一段连续的田字格内写一行汉字。这个情形和数组非常的相似，数组也是在内存中分配了一段连续的空间用来存储数据。例如这段空间中存储了四个汉字“我爱红旗”。

而链表则相对嚣张跋扈一些，我自己的纸张，为什么不能随意写呢。但是问题也是显而易见的，如果我想让别人也看懂，那我必须将顺序标识出来，于是我不得不加了个箭头，只要按照箭头的方向就可以读了。当我想在存放链表的空间内再存放一个数组是比较困难的，因为我很难再找到一段比较长的连续空间。这样对比起来数组更有优势，数组更节省空间，数组不需要关心下一个汉字的位置，只要连续读下去就可以了。数组空间的紧凑为将来数据的存放也提供了很好环境。当然无论是数组还是链表，我都需要知道第一个字从哪里开始，所以我用一个标识来标记开头，即数据存储的起始位置。

从空间上看，数组明显是比较好的存储结构，也是日常我们使用最多的数据结构。

但是现在我发现，我不小心写错了这个句子，我本来是要写“我爱五星红旗”，漏掉了两个字"五星"。作为一个不折不扣的爱国青年，我迫不及待地希望把这两个字加上去。下面分别看下两个数据结构的操作。

 

 对于数组，好麻烦。假设我用铅笔写的，我需要把“红旗”两个字擦掉，然后在原来红旗的位置上写上五星。然后把“红旗”往后移，放在五星的后面。分解一下操作：首先我需要在插入“五星”的地方之后的所有汉字（这里是“红旗”）移除，然后我把“五星”两个字写进去，最后把之前移除的汉字“红旗”再追加到五星的后面。好麻烦是不是。。。

对于链表，反正我随便都能写，我随便挑两个我喜欢的位置，写上五星，然后把箭头的顺序稍微调整一下就够了，是不是很方便？

于是数组和链表的区别和优劣势就显而易见了。使用的时候，根据不同的场景选择对应的存储结构，如果只用来存放和查询数据，无疑数组更快，又不浪费空间。如果我要频繁地增加删除，当然链表更快。java中的队列Queue就是使用链表LinkedList来实现，入队和出队就是添加和删除的操作。

上面的介绍，基本属于科普了。现在整点干货出来仍然有点早，继续更深入地科普一下。

4.常见集合详细描述及其用法

java中简单数组和C/C++语言中是一样的。当然Java语言的特性封装、继承、多态中封装的特点为我们提供了极大的方便，JDK中对数组进行封装，方便我们进行遍历/查询/更新/删除等操作。

数组

在JDK中，数组的封装类为ArrayList。

首先看下一般的未封装数组。

数组，不是一组数字，而是一组数据。

在编码过程中，所有的变量一般都会有以下几个步骤：声明，初始化，赋值。

想象以下我们在田字格中书写一些内容。现在我想写一首诗，那么我可能书写的内容是汉字。我会背圆周率小数点后1000位，我想写圆周率炫耀一下我牛逼到惊人的记忆力，那么我书写的内容就是数字。我现在没什么事，就想学达芬奇画鸡蛋，学梵高乱抹色彩，学毕加索搞一搞抽象画，那么我书写的内容就是一幅画，至少呈现了某种奇特的形状。

假设我有一个书童，现在我突然要作诗，我对书童说，给我取文房四宝来。书童拿来文房四宝，问道：“少爷，您是要写诗还是要作画？”。“写诗”。“您是写哪种诗？”。我想着我要写的得意诗句，沉吟了下，说：“七言绝句。” 书童取出一副长七寸，宽五寸的纸放在我面前。我蘸足了墨，把第一行的标题写下：“贾生”。我要写的这个人，是贾谊，汉代名士，却郁郁不得志。念及此，挥笔从第二行开始写道，“宣室求贤访逐臣”，第三行，“贾生才调更无伦”，第四行“可怜夜半虚前席”，第五行，“不问苍生问鬼神”。

书童为什么这么问，因为书童想知道他需要为我装备多大的纸张，避免纸张的浪费。作为程序员，永远要把自己当做一个穷酸秀才，内存的使用永远要寸土寸金。即使我家财万贯，但水滴石穿，绳锯木断，积少成多的道理谁都懂。

想象书童就是电脑（更确切的说是JVM，Java虚拟机），纸张就是内存。我要告诉书童，我写诗，于是书童知道我是写字。这就是声明。我声明我要写一些字，即Char字符类型。用代码表示：

char[] words; // 声明类型

如果我想写一堆数字来记账，那么声明就会变成 int[] numbers; 

然后书童问了，你要写什么诗句，答曰：七言绝句。书童知道我绝对不是标题党，题目不会搞得比诗句还长。于是他认为我一个小楷占一寸见方大小，七言绝句，四行，每行七个字。28个字，标题给留上一行也够了，于是他给了一个长七寸，宽五寸的纸张，也就是能写35个字。

这个过程，就是初始化，初始化的作用有两个，一个是确定大小，另一个是赋上初始值。这里的作用主要是确定大小。

于是开始初始化，用代码表示：

words = new char[35]; // 初始化

　初始化了35的空间，保证存储空间够用的前提下又不浪费空间。

当然，声明和初始化是可以一起进行的，将以上两步合在一起。

char [] words = new char[35]; // 声明并初始化一个长度为35的char数组　

最后，我开始作诗了。我先写标题。

char[0] = '贾';
char[1] = '生';

 

写完标题的我，突然发现了一个非常严重的问题。我写诗之前必然胸有成竹，写诗我想一气呵成。这么一个字一个字的赋值，何时是个头。估计也写不出精彩的诗句了吧。于是我突然想，一行是一句诗，也就是一个字符串，加上标题，我用5个字符串，即5个String就可以了。于是我更改了声明，并初始化如下：

String[] words = new String[5];

　然后，我一气呵成地完成了这首诗：

words[0] = "贾生";
words[1] = "宣室求贤访逐臣";
words[2] = "贾生才调更无伦";
words[3] = "可怜夜半虚前席";
words[4] = "不问苍生问鬼神";

一气呵成，书童拍手不迭，叫道：“好诗！好诗！”。

注意一个区别：char是java中的基本类型，每个char只能装下一个字符，字符可以是字母，汉字，数字，也可以是各种标点，但是编码形式，是用单引号。而String不是基本类型，可以表示一个字符串，长度不限（当然不是绝对完全的不限），字符串的形式是用双引号括起。

我们看下数组的声明方式。

words是变量名，初始化大小的时候，要使用new，在java中，new的意义是申请空间。也就是说，我向书童索要一个足够我写下一首七言绝句的纸张。

然后为数组赋值，准确的说是为数组的元素赋值。数组首先是一个连续空间上的集合。数组的第一个元素的下标是0，不是1。

对于数组下标从0开始有很多原因和说法，当然我认为最合理的解释是偏移量。正如上面介绍的“我爱五星红旗” 的例子，有一个开始位置的标记，这个开始是“我”这个汉字的位置，“我”这个字相对于开始位置它的位置没有加1，它就在初始位置，就是第0个，而“爱”这个字，相对于初始位置，显然是在初始位置的后面1位，“五”是在初始位置后的第2位。与之对应，数组的第一个元素必然是从0开始，然后最后一个元素所属的下标，就是数组的长度减1，因为是从0开始的。就如相对论在物理学的应用，没有绝对的静止。在内存中没有绝对的位置，只有相对的位置，相对与开始位置是第几个。因此，将与开始位置的相对距离，作为数组的下标无疑是一种非常明智的做法。

数组的声明初始化方式很简单。在类型后面加方括号[]即表示了一个数组。