java中的ArrayList 、List、LinkedList、Collection關系詳解
一、基礎介紹（Set、List、Map）
- Set（集）：集合中的元素不按特定方式排序，並且沒有重復對象。他的有些實現類能對集合中的對象按特定方式排序。
- List（列表）：集合中的元素按索引位置排序，可以有重復對象，允許按照對象在集合中的索引位置檢索對象。
- Map（映射）：集合中的每一個元素包含一對鍵對象和值對象，集合中沒有重復的鍵對象，值對象可以重復。他的有些實現類能對集合中的鍵對象進行排序。
二、基本接口和類型
1、Iterator接口
該接口允許遍歷集合中的所有元素，一共有三個方法：
- public boolean hasNext()：判斷是否還有下一個元素。
- public Object next()：取得下一個元素，注意返回值為 Object，可能需要類型轉換。如果不再有可取元素，則拋出NoSuchElementException異常。在使用該方法之前，必須先使用hasNext()方法判斷。
- public void remove()：刪除當前元素，很少用。
2、Collection接口
該接口是Set和List的父接口，主要提供了下面的方法：
- public boolean add(Object?o)：往集合中添加新元素。添加成功，返回true，否則返回false。
- public Iterator iterator()：返回Iterator對象，這樣就可以遍歷集合中的所有元素了。
- public boolean contains(Object?o)：判斷集合中是否包含指定的元素。
- public int size()：取得集合中元素的個數。
- public void clear()：刪除集合中的所有元素。
Collection是最基本的集合接口，一個Collection代表一組Object，即Collection的元素（Elements）。一些Collection允許相同的元素而另一些不行。一些能排序而另一些不行。Java SDK不提供直接繼承自Collection的類，JavaSDK提供的類都是繼承自Collection的“子接口”如List和Set。
所有實現Collection接口的類都必須提供兩個標准的構造函數：無參數的構造函數用於創建一個空的Collection，有一個Collection參數的構造函數用於創建一個新的Collection，這個新的Collection與傳入的Collection有相同的元素。后一個構造函數允許用戶復制一個Collection。
如何遍歷Collection中的每一個元素？不論Collection的實際類型如何，它都支持一個iterator()的方法，該方法返回一個迭代子，使用該迭代子即可逐一訪問Collection中每一個元素。典型的用法如下：
Iterator it = collection.iterator(); // 獲得一個迭代子 while(it.hasNext()) { Object obj = it.next(); // 得到下一個元素 }
3、Set集合
Set是最簡單的集合，集合中的對象不按照特定的方式排序。主要有如下兩個實現：HashSet和TreeSet
3.1 HashSet
HashSet類按照哈希算法來存取集合中的對象，具有很好的存取性能。當HashSet向集合中加入一個對象時，會調用對象的hashCode()方法獲取哈希碼，然后根據這個哈希碼進一步計算出對象在集合中的存放位置。
3.2 TreeSet
TreeSet實現了SortedSet接口，可以對集合中的元素排序。如何排序的內容請參考其他文檔，這里不做詳述。
4、List集合
List繼承自Collection接口。List是一種有序集合，List中的元素可以根據索引（順序號：元素在集合中處於的位置信息）進行取得/刪除/插入操作。
跟Set集合不同的是，List允許有重復元素。對於滿足e1.equals(e2)條件的e1與e2對象元素，可以同時存在於List集合中。當然，也有List的實現類不允許重復元素的存在。同時，List還提供一個listIterator()方法，返回一個ListIterator接口對象，和Iterator接口相比，ListIterator添加元素的添加，刪除，和設定等方法，還能向前或向后遍歷，具體的方法往下看。List接口的實現類主要有ArrayList，LinkedList，Vector，Stack等。
4.1 ArrayList類
ArrayList實現了可變大小的數組。它允許所有元素，包括null。ArrayList沒有同步。size，isEmpty，get，set方法運行時間為常數。但是add方法開銷為分攤的常數，添加n個元素需要O(n)的時間。其他的方法運行時間為線性。
每個ArrayList實例都有一個容量（Capacity），即用於存儲元素的數組的大小。這個容量可隨着不斷添加新元素而自動增加，但是增長算法並沒有定義。當需要插入大量元素時，在插入前可以調用ensureCapacity方法來增加ArrayList的容量以提高插入效率。
4.1.1 主要方法：
- public boolean add(Object?o)：添加元素
- public void add(int index, Object element)：在指定位置添加元素
- public Iterator iterator()：取得Iterator對象便於遍歷所有元素
- public Object get(int?index)：根據索引獲取指定位置的元素
- public Object set(int index,Object element)：替換掉指定位置的元素
4.1.2 排序方法：
- Collections.sort(List list)：對List的元素進行自然排序
- Collections.sort(List list, Comparator comparator)：對List中的元素進行客戶化排序
4.2 LinkedList類
LinkedList實現了List接口，允許null元素。此外LinkedList提供額外的get，remove，insert方法在LinkedList的首部或尾部。這些操作使LinkedList可被用作堆棧（stack），隊列（queue）或雙向隊列（deque）。
注意LinkedList沒有同步方法。如果多個線程同時訪問一個List，則必須自己實現訪問同步。一種解決方法是在創建List時構造一個同步的List：
List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));
5、Map
- Map是一種把鍵對象和值對象進行映射的集合，它的每一個元素都包含一對鍵對象和值對象。
- 向Map添加元素時，必須提供鍵對象和值對象。
- 從Map中檢索元素時，只要給出鍵對象，就可以返回對應的值對象。
- 鍵對象不能重復，但值對象可以重復。
- Map有兩種常見的實現類：HashMap和TreeMap。
5.1 HashMap
HashMap按照哈希算法來存取鍵對象，有很好的存取性能。和HashSet一樣，要求當兩個鍵對象通過equals()方法比較為true時，這兩個鍵對象的hashCode()方法返回的哈希碼也一樣。
5.2 TreeMap
TreeMap實現了SortedMap接口，能對鍵對象進行排序。同TreeSet一樣，TreeMap也支持自然排序和客戶化排序兩種方式。
5.3 方法列表
- public Object put(Object key, Object value)：插入元素
- public Object get(Object?key)：根據鍵對象獲取值對象
- public Set keySet()：取得所有鍵對象集合
- public Collection values()：取得所有值對象集合
- public Set entrySet()：取得Map.Entry對象集合，一個Map.Entry代表一個Map中的元素
6、總結
如果涉及到堆棧，隊列等操作，應該考慮用List，對於需要快速插入，刪除元素，應該使用LinkedList，如果需要快速隨機訪問元素，應該使用ArrayList。 盡量返回接口而非實際的類型，如返回List而非ArrayList，這樣如果以后需要將ArrayList換成LinkedList時，客戶端代碼不用改變。這就是針對抽象編程。