Java中的Map List Set等集合類

 原文地址： http://blog.csdn.net/hguisu/article/details/7644395 

目錄[-]

1. 一、概述
2. 二 set map list的區別  
3. 三、 Collections類和Collection接口
4. 四、 List接口，有序可重復的集合
5. 五、 Set接口，代表無序，不可重復的集合
6. 六、 Map接口：映射
7. 七、 如何選擇

Map List Set等集合類：

一、概述

在JAVA的util包中有兩個所有集合的父接口Collection和Map,它們的父子關系： 

+Collection 這個接口extends自 --java.lang.Iterable接口
 ├+List(接口 代表有序，可重復的集合。列表）
 │├ ArreyList     (Class 數組，隨機訪問，沒有同步，線程不安全)
 │├ Vector        (Class  數組                   同步        線程全)
 │├ LinkedList    (Class  鏈表   插入刪除   沒有同步   線程不安全)
 │└ Stack          (Class)
 └+Set（接口 不能含重復的元素。僅接收一次並做內部排序，集）
 │├ HashSet            (Class）
 │├ LinkedHashSet   (Class）
 │└ TreeSet       (Class）

+Map(接口)
 ├ +Map(接口 映射集合)
 │ ├ HashMap            (Class 不同步，線程不安全。除了不同和允許使用null 鍵值之外，與Hashtable大致相同)
 │ ├ Hashtable           (Class 同步   ，線程安全    。不允許實施null 鍵值)
 │ ├ +SortedMap 接口
 │ │   ├ TreeMap         (Class)
 │ ├ WeakHashMap     (Class)

以下對眾多接口和類的簡單說明：首先不能不先說一下數組（Array）

1、效率高，但容量固定且無法動態改變。array還有一個缺點是，無法判斷其中實際存有多少元素，length只是告訴我們array的容量。
2、Java中有一個Arrays類，專門用來操作array。
     arrays中擁有一組static函數，
     equals()：比較兩個array是否相等。array擁有相同元素個數，且所有對應元素兩兩相等。
     fill()：將值填入array中。
     sort()：用來對array進行排序。
     binarySearch()：在排好序的array中尋找元素。
     System.arraycopy()：array的復制。

一、數組Array和集合的區別：

 

1)  數組是大小固定的，並且同一個數組只能存放類型一樣的數據（基本類型/引用類型）
2) JAVA集合可以 存儲和操作數目不固定的一組數據。

3)  若程序時不知道究竟需要多少對象，需要在空間不足時自動擴增容量，則需要使用容器類庫，array不適用。

二 set map list的區別  

都是集合接口

  set －－其中的值不允許重復，無序的數據結構 
  list   －－其中的值允許重復，因為其為有序的數據結構 
  map－－成對的數據結構，健值必須具有唯一性（鍵不能同，否則值替換） 

List 按對象進入的順序保存對象，不做排序或編輯操作。

Set對每個對象只接受一次，並使用自己內部的排序方法（通常，你只關心某個元素是否屬於Set,而不關心它的順序--否則應該使用List）。

Map同樣對每個元素保存一份，但這是基於"鍵"的，Map也有內置的排序，因而不關心元素添加的順序。如果添加元素的順序對你很重要，應該使用 LinkedHashSet或者LinkedHashMap.

Collection 是對象集合， Collection 有兩個子接口 List 和 Set

List 可以通過下標 (1,2..) 來取得值，值可以重復

而 Set 只能通過游標來取值，並且值是不能重復的

ArrayList ， Vector ， LinkedList 是 List 的實現類
ArrayList 是線程不安全的， Vector 是線程安全的，這兩個類底層都是由數組實現的
LinkedList 是線程不安全的，底層是由鏈表實現的  

Map 是鍵值對集合
HashTable 和 HashMap 是 Map 的實現類 
HashTable 是線程安全的，不能存儲 null 值
HashMap 不是線程安全的，可以存儲 null 值

 

三、 Collections類和Collection接口

 

         Collections是針對集合類的一個幫助類，他提供一系列靜態方法實現對各種集合的搜索、排序、線程安全化等操作。

       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，Java SDK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 。

 

集合類的遍歷:遍歷通用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  
}  

 

由 Collection 接口派生的兩個接口是 List 和 Set 。 List 按對象進入的順序保存對象，不做排序或編輯操作。 Set 對每個對象只接受一次，並使用自己內部的排序方法 ( 通常，你只關心某個元素是否屬於 Set, 而不關心它的順序-- 否則應該使用 List) 。

 

四、 List接口，有序可重復的集合

實際上有兩種List: 一種是基本的ArrayList,其優點在於隨機訪問元素，另一種是更強大的LinkedList,它並不是為快速隨機訪問設計的，而是具有一套更通用的方法。 

List : 次序是List最重要的特點：它保證維護元素特定的順序。List為Collection添加了許多方法，使得能夠向List中間插入與移除元素（這只推薦LinkedList使用。）一個List可以生成ListIterator,使用它可以從兩個方向遍歷List,也可以從List中間插入和移除元素。 

 

1. ArrayList類

1) 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。
2) 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。
3) 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) 和LinkedList一樣，ArrayList也是非同步的（unsynchronized）。

5) 由數組實現的List。允許對元素進行快速隨機訪問，但是向List中間插入與移除元素的速度很慢。ListIterator只應該用來由后向前遍歷ArrayList,而不是用來插入和移除元素。因為那比LinkedList開銷要大很多。
2. Vector類
　　Vector非常類似ArrayList，但是Vector是同步的。由Vector創建的Iterator，雖然和ArrayList創建的Iterator是同一接口，但是，因為Vector是同步的，當一個Iterator被創建而且正在被使用，另一個線程改變了Vector的狀態（例如，添加或刪除了一些元素），這時調用Iterator的方法時將拋出ConcurrentModificationException，因此必須捕獲該異常。

3. 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。如下列方法：addFirst(), addLast(), getFirst(), getLast(), removeFirst() 和 removeLast(), 這些方法 （沒有在任何接口或基類中定義過）。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(...));

4. Stack 類
　　Stack繼承自Vector，實現一個后進先出的堆棧。Stack提供5個額外的方法使得Vector得以被當作堆棧使用。基本的push和pop方法，還有peek方法得到棧頂的元素，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剛創建后是空棧。

用法：

 

package Test;  
  
import java.util.ArrayList;  
import java.util.Iterator;  
import java.util.List;  
public class TestList {  
    public static void main(String dd[]) {  
        // new了一個存儲list  
        List l = new ArrayList();  
        // 因為Collection framework只能存儲對象所以new封裝類  
        l.add(new Integer(1));  
        l.add(new Integer(2));  
        l.add(new Integer(3));  
        l.add(new Integer(4));  
  
        Iterator it = l.iterator();  
        //使用 迭代器（Iterator）:  
        // hasNext是取值取的是當前值.他的運算過程是判斷下個是否有值如果有繼續.  
        while (it.hasNext()) {  
            System.out.println("iterator：Element in list is :   " + it.next());  
        }  
        //用for循環和get()方法：  
        for (int i = 0; i < l.size(); i++) {  
            System.out.println("for：Element in list is :   " + l.get(i));  
        }  
    }  
}  

 

LinkedList

 

package Test;  
  
import java.util.Iterator;  
import java.util.LinkedList;  
  
public class TestLinkedList {  
    public static void main(String arg[]) {  
        LinkedList ll = new LinkedList();// 聲明LinkedList並實例化  
        // 使用add（）方法添加元素  
        ll.add("a");  
        ll.add("b");  
        ll.add("c");  
        // 使用Iterator迭代器遍歷出集合的元素並打印  
        Iterator it = ll.iterator();  
        while (it.hasNext()) {  
            System.out.println(it.next());  
        }  
        System.out.println("------------------");  
        // 向鏈表頭和尾分別添加x和z  
        ll.addFirst("z");  
        ll.addLast("x");  
        // 遍歷查看添加后的結果  
        for (Iterator i = ll.iterator(); i.hasNext();) {  
            System.out.println(i.next());  
        }  
    }  
}  

 

 

ArrayList和LinkedList的區別。

1.ArrayList是實現了基於動態數組的數據結構，LinkedList基於鏈表的數據結構。

2.對於隨機訪問get和set，ArrayList覺得優於LinkedList，因為LinkedList要移動指針。

3.對於新增和刪除操作add和remove，LinedList比較占優勢，因為ArrayList要移動數據。

如果熟悉數據結構的同學，就會一下明白，ArrayList就是線性表的順序表示，LinkedList就是線性表的鏈表表示。

 

五、 Set接口，代表無序，不可重復的集合

        Set具有與Collection完全一樣的接口，因此沒有任何額外的功能，不像前面有兩個不同的List。實際上Set就是Collection,只是行為不同。（這是繼承與多態思想的典型應用：表現不同的行為。）Set不保存重復的元素（至於如何判斷元素相同則較為負責） 
Set : 存入Set的每個元素都必須是唯一的，因為Set不保存重復元素。加入Set的元素必須定義equals()方法以確保對象的唯一性。Set與Collection有完全一樣的接口。Set接口不保證維護元素的次序。 

1. HashSet 

     為快速查找設計的Set。存入HashSet的對象必須定義hashCode()。 
2. TreeSet 

     保存次序的Set, 底層為樹結構。使用它可以從Set中提取有序的序列。 
3. LinkedHashSet 

     具有HashSet的查詢速度，且內部使用鏈表維護元素的順序（插入的次序）。於是在使用迭代器遍歷Set時，結果會按元素插入的次序顯示。

用法：

 

Set set=new HashSet();  
    String s1=new String("hello");  
    String s2=s1;  
    String s3=new String("world");  
    set.add(s1);  
    set.add(s2);  
    set.add(s3);  
    System.out.println(set.size());//打印集合中對象的數目 為 2。  
    Set 的 add()方法是如何判斷對象是否已經存放在集合中？  
    boolean isExists=false;  
    Iterator iterator=set.iterator();  
    while(it.hasNext())  {  
        String oldStr=it.next();  
        if(newStr.equals(oldStr)){  
           isExists=true;  
        }  
    }  

 

 

六、 Map接口：映射

 

Map沒有繼承Collection接口， Map 提供 key 到 value 的映射，你可以通過“鍵”查找“值”。一個 Map 中不能包含相同的 key ，每個 key 只能映射一個 value 。 Map 接口提供3 種集合的視圖， Map 的內容可以被當作一組 key 集合，一組 value 集合，或者一組 key-value 映射。

方法 put(Object key, Object value) 添加一個“值” ( 想要得東西 ) 和與“值”相關聯的“鍵” (key) ( 使用它來查找 ) 。方法get(Object key) 返回與給定“鍵”相關聯的“值”。可以用 containsKey() 和 containsValue() 測試 Map 中是否包含某個“鍵”或“值”。 標准的 Java 類庫中包含了幾種不同的 Map ： HashMap, TreeMap, LinkedHashMap, WeakHashMap, IdentityHashMap 。它們都有同樣的基本接口 Map ，但是行為、效率、排序策略、保存對象的生命周期和判定“鍵”等價的策略等各不相同。

Map 同樣對每個元素保存一份，但這是基於 " 鍵" 的， Map 也有內置的排序，因而不關心元素添加的順序。如果添加元素的順序對你很重要，應該使用 LinkedHashSet 或者 LinkedHashMap.

執行效率是 Map 的一個大問題。看看 get() 要做哪些事，就會明白為什么在 ArrayList 中搜索“鍵”是相當慢的。而這正是 HashMap 提高速度的地方。 HashMap 使用了特殊的值，稱為“散列碼” (hash code) ，來取代對鍵的緩慢搜索。“散列碼”是“相對唯一”用以代表對象的int 值，它是通過將該對象的某些信息進行轉換而生成的（在下面總結二：需要的注意的地方有更進一步探討）。所有 Java 對象都能產生散列碼，因為 hashCode() 是定義在基類 Object 中的方法 。 HashMap 就是使用對象的 hashCode() 進行快速查詢的。此方法能夠顯著提高性能。

1.  Hashtable類
　　Hashtable繼承Map接口，實現一個key-value映射的哈希表。任何非空（non-null）的對象都可作為key或者value。Hashtable是同步的。

　　添加數據使用 put(key, value) ，取出數據使用get(key) ，這兩個基本操作的時間開銷為常數。
Hashtable 通過初始化容量 (initial capacity) 和負載因子 (load factor) 兩個參數調整性能。通常缺省的 load factor0.75 較好地實現了時間和空間的均衡。增大 load factor 可以節省空間但相應的查找時間將增大，這會影響像get 和 put 這樣的操作。
使用 Hashtable 的簡單示例如下，將 1 ，2 ，3 放到 Hashtable 中，他們的 key 分別是 ”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));
　　要取出一個數，比如 2 ，用相應的 key ：
　　　　 Integer n = (Integer)numbers.get(“two”);
　　　　 System.out.println(“two= ”+ n);
　 　由於作為 key 的對象將通過計算其散列函數來確定與之對應的 value 的位置，因此任何作為 key 的對象都必須實現 hashCode 方法和 equals 方法。 hashCode 方法和 equals 方法繼承自根類 Object ，如果你用自定義的類當作 key 的話，要相當小心，按照散列函數的定義，如果兩個對象相同，即 obj1.equals(obj2)=true ，則它們的 hashCode 必須相同，但如果兩個對象不同，則它們的 hashCode 不一定不同，如果兩個不同對象的 hashCode 相同，這種現象稱為沖突，沖突會導致操作哈希表的時間開銷增大，所以盡量定義好的 hashCode() 方法，能加快哈希表的操作。
　　如果相同的對象有不同的 hashCode ，對哈希表的操作會出現意想不到的結果（期待的 get 方法返回null ），要避免這種問題，只需要牢記一條：要同時復寫 equals 方法和 hashCode 方法，而不要只寫其中一個。
　　 Hashtable 是同步的。

2.  HashMap類
　　HashMap和Hashtable類似，也是基於hash散列表的實現。不同之處在於 HashMap是非同步的，並且允許null，即null value和null key。，但是將HashMap視為Collection時 （values()方法可返回Collection），其迭代子操作時間開銷和HashMap的容量成比例。因此，如果迭代操作的性能相當重要的話，不要 將HashMap的初始化容量設得過高，或者load factor過低。

　　 LinkedHashMap 類：類似於 HashMap ，但是迭代遍歷它時，取得“鍵值對”的順序是其插入次序，或者是最近最少使用 (LRU) 的次序。只比 HashMap 慢一點。而在迭代訪問時發而更快，因為它使用鏈表維護內部次序。

3.  WeakHashMap類 （弱鍵（ weak key ））
　　WeakHashMap是一種改進的HashMap，它是為解決特殊問題設計的，它對key實行“弱引用”，如果一個key不再被外部所引用，那么該key可以被GC回收。

4. TreeMap 類
基於紅黑樹數據結構的實現。查看“鍵”或“鍵值對”時，它們會被排序 ( 次序由 Comparabel 或 Comparator 決定 ) 。 TreeMap 的特點在於，你得到的結果是經過排序的。 TreeMap 是唯一的帶有 subMap() 方法的 Map ，它可以返回一個子樹。

5. IdentifyHashMap 類
使用 == 代替 equals() 對“鍵”作比較的 hash map 。專為解決特殊問題而設計。

 用法：

1 添加，刪除操作：

Object put(Object key, Object value): 向集合中加入元素  
Object remove(Object key):   刪除與KEY相關的元素  
void putAll(Map t):   將來自特定映像的所有元素添加給該映像  
void clear(): 從映像中刪除所有映射  

 

    2 查詢操作：
    Object get(Object key): 獲得與關鍵字key相關的值
    Map集合中的鍵對象不允許重復，也就說，任意兩個鍵對象通過equals()方法比較的結果都是false.
    但是可以將任意多個鍵獨享映射到同一個值對象上。
    Conllections : 集合實用類
    Conllections提供了供JAVA集合實用的靜態方法

 

七、 如何選擇

 

1、容器類和Array的區別、擇取
      1)容器類僅能持有對象引用（指向對象的指針），而不是將對象信息copy一份至數列某位置。
      2)一旦將對象置入容器內，便損失了該對象的型別信息。

2、
     1)  在各種Lists中，最好的做法是以ArrayList作為缺省選擇。當插入、刪除頻繁時，使用LinkedList()；
           Vector總是比ArrayList慢，所以要盡量避免使用。
      2) 在各種Sets中，HashSet通常優於HashTree（插入、查找）。只有當需要產生一個經過排序的序列，才用TreeSet。
           HashTree存在的唯一理由：能夠維護其內元素的排序狀態。
      3) 在各種Maps中,HashMap用於快速查找。
      4)  當元素個數固定，用Array，因為Array效率是最高的。

結論：最常用的是ArrayList，HashSet，HashMap，Array。而且，我們也會發現一個規律，用TreeXXX都是排序的。

注意：

1、Collection沒有get()方法來取得某個元素。只能通過iterator()遍歷元素。
2、Set和Collection擁有一模一樣的接口。
3、List，可以通過get()方法來一次取出一個元素。使用數字來選擇一堆對象中的一個，get(0)...。(add/get)
4、一般使用ArrayList。用LinkedList構造堆棧stack、隊列queue。

5、Map用 put(k,v) / get(k)，還可以使用containsKey()/containsValue()來檢查其中是否含有某個key/value。
      HashMap會利用對象的hashCode來快速找到key。
    *     hashing
          哈希碼就是將對象的信息經過一些轉變形成一個獨一無二的int值，這個值存儲在一個array中。
          我們都知道所有存儲結構中，array查找速度是最快的。所以，可以加速查找。
      
          發生碰撞時，讓array指向多個values。即，數組每個位置上又生成一個槤表。

6、Map中元素，可以將key序列、value序列單獨抽取出來。
使用keySet()抽取key序列，將map中的所有keys生成一個Set。
使用values()抽取value序列，將map中的所有values生成一個Collection。

為什么一個生成Set，一個生成Collection？那是因為，key總是獨一無二的，value允許重復。