Java 集合框架（常用數據結構）

早在Java 2中之前，Java就提供了特設類。比如：向量（Vector）、棧（Stack）、字典（Dictionary）、哈希表（Hashtable）這些類（數據結構）用來存儲和操作對象組。雖然這些類都非常有用，但是它們缺少一個核心的，統一的主題。集合框架是為表示和操作集合而規定的一種統一的標准的體系結構。除了集合，該框架（framework）也定義了幾個Map接口和類。Map里存儲的是鍵/值對。盡管Map不是collections，但是它們完全整合在集合中。

所有的集合框架都包含如下內容：

• 接口：是代表集合的抽象數據類型。接口允許集合獨立操縱其代表的細節。在面向對象的語言，接口通常形成一個層次。
• 實現（類）：是集合接口的具體實現。從本質上講，它們是可重復使用的數據結構。
• 算法：是實現集合接口的對象里的方法執行的一些有用的計算，例如：搜索和排序。這些算法被稱為多態，那是因為相同的方法可以在相似的接口上有着不同的實現。

集合框架的類和接口均在java.util包中。

下圖是簡化的集合框架關系圖：

集合接口

整個集合框架就圍繞一組標准接口而設計。你可以直接使用這些接口的標准實現，諸如： LinkedList， HashSet， 和 TreeSet等，除此之外你也可以通過這些接口實現自己的集合。具體接口及其概述如下：

名稱	概述
Collection	Collection 是最基本的集合接口，一個 Collection 代表一組 Object，Java不提供直接繼承自Collection的類，只提供繼承於的子接口(如List和set)。
List	List接口是一個有序的Collection，使用此接口能夠精確的控制每個元素插入的位置，能夠通過索引(元素在List中位置，類似於數組的小標)來訪問List中的元素，而且允許有相同的元素。
Set	Set 具有與 Collection 完全一樣的接口，只是行為上不同，Set 不保存重復的元素。
SortedSet	繼承於Set保存有序的集合。
Map	將唯一的鍵映射到值。
Map.Entry	描述在一個Map中的一個元素（鍵/值對）。是一個Map的內部類。
SortedMap	繼承於Map，使Key保持在升序排列。
Enumeration	這是一個傳統的接口和定義的方法，通過它可以枚舉（一次獲得一個）對象集合中的元素。這個傳統接口已被迭代器取代。

更多參見：在線文檔-jdk-zh。

集合實現類

集合類型	描述
ArrayList	一種可以動態增長和縮減的索引序列
LinkedList	一種可以在任何位置進行高效地插入和刪除操作的有序序列
ArrayDeque	一種用循環數組實現的雙端隊列
HashSet	一種沒有重復元素的無序集合
TreeSet	一種有序集
EnumSet	一種包含枚舉類型值的集
LinkedHashSet	一種可以記住元素插入次序的集
PriorityQueue	一種允許高效刪除最小元素的集合
HashMap	一種儲存鍵/值關聯的數據結構
TreeMap	一種鍵值有序排列的映射表
EnumMap	一種鍵值屬於枚舉類型的映射表
WeakHashMap	一種其值誒用武之地后可以被垃圾回收器回收的映射表
LinkedHashMap	一種可以記住鍵/值項添加次序的映射表
IdentityHashMap	一種用==，而不是用equals比較鍵值的映射表

另外還有一組名字以Abstract開頭的類，例如，AbstractQueue，這些類是為類庫實現者而設計的，用來實現自己的數據結構。

常用數據結構

• 向量（Vector）

Vector類實現了一個動態數組。和ArrayList和相似，但是Vector是同步訪問的（同步操作會耗費大量時間，建議在不需要同步時使用ArrayList），而且Vector包含了許多傳統的方法，這些方法不屬於集合框架。Vector主要用在事先不知道數組的大小，或者只是需要一個可以改變大小的數組的情況。需要注意的是向量中的數據被轉化為Object對象，取出元素使用時要強制轉化為原來的類型。

Vector類支持4種構造方法:

Vector();  //默認大小為10

Vector(int size);   //創建指定大小的向量

Vector(int size,int incr);  //指定大小和增量，增量表示向量每次增加的元素數目

Vector(Collection c);   //創建一個包含集合c元素的向量

常用方法：

| 方法 | 描述 |
|------|------|
|  boolean	add(E e) | 將指定元素添加到此向量的末尾。 |
| void	add(int index, E element) | 在此向量的指定位置插入指定的元素。  |
|  E	remove(int index) |移除此向量中指定位置的元素。 | 
| boolean	remove(Object o) | 移除此向量中指定元素的第一個匹配項，不包含則元素保持不變。 |
|  E	set(int index, E element)  | 用指定的元素替換此向量中指定位置處的元素。 |
| void	setElementAt(E obj, int index) | 將此向量指定 index 處的組件設置為指定的對象。 |
|  E get(int index) | 返回向量中指定位置的元素。 |
| int	indexOf(Object o) | 返回此向量中第一次出現的指定元素的索引，不包含則返回 -1。 |
|  boolean	isEmpty() | 測試此向量是否不包含組件。 |
| void	clear() | 從此向量中移除所有元素。 |
| int	capacity() | 返回此向量的當前容量。 |
| boolean	contains(Object o) | 如果此向量包含指定的元素，則返回 true。 |
| void	setSize(int newSize) | 設置此向量的大小。 |
|  void	trimToSize()  | 對此向量的容量進行微調，使其等於向量的當前大小。 |
>
>Vector還定義了很多其他方法，具體可以看：[Java Vector 類](http://www.runoob.com/java/java-vector-class.html)。

• 哈希表（Hashtable）

Hashtable（確實是小寫的t）是原始的java.util的一部分， 是一個Dictionary具體的實現 。然而，Java 2 重構的Hashtable實現了Map接口，因此，Hashtable現在集成到了集合框架中。它和HashMap類很相似，但是它支持同步（同樣建議不需要同步時使用HashMap）。像HashMap一樣，Hashtable在哈希表中存儲鍵/值對。當使用一個哈希表，要指定用作鍵的對象，以及要鏈接到該鍵的值。然后，該鍵經過哈希處理，所得到的散列碼被用作存儲在該表中值的索引。

Hashtable定義了四個構造方法:

Hashtable();   //默認的初始容量 (11) 和加載因子 (0.75)

Hashtable(int initialCapacity);    //指定初始容量和默認的加載因子 (0.75)

Hashtable(int initialCapacity, float loadFactor);    //

Hashtable(Map m);  //以M中元素為初始化元素，哈希表的容量為M的兩倍。

如果散列表的裝載因子是0.75，那么當散列表的容量被使用了75%時，就會自動將容量增加到原始容量的2倍。通常，默認加載因子（0.75）在時間和空間成本上尋求一種折中，裝載因子過高雖然減少了空間開銷，但同時也增加了查找某個條目的時間。

常用方法：

| 方法 | 描述 |
|-----|------|
|  V put(K key, V value) | 將指定 key 映射到此哈希表中的指定 value。 |
|  V remove(Object key) | 從哈希表中移除該鍵及其相應的值。|
| V	get(Object key) | 返回指定鍵所映射到的值，不包含則返回 null。 |
| void	clear() | 將此哈希表清空，使其不包含任何鍵。 |
|  boolean	containsValue(Object value) | 如果此 Hashtable 將一個或多個鍵映射到此值，則返回 true。 |
|  boolean	isEmpty() | 測試此哈希表是否沒有鍵映射到值。 |
| int size() | 返回此哈希表中的鍵的數量。 |
| void	rehash() | 增加此哈希表的容量並在內部對其進行重組，以便更有效地容納和訪問其元素。 |
>
>Hashtable中還定義了一些其他方法，具體可以看：[Java HashTable 接口](http://www.runoob.com/java/java-hashTable-class.html)。

• 棧（Stack）

棧是Vector的一個子類，它實現了一個標准的后進先出的棧。堆棧只定義了默認構造函數，用來創建一個空棧。 堆棧除了包括由Vector定義的所有方法，也定義了自己的一些方法，如下：

| 方法 | 描述 |
|------|------|
| boolean empty() | 測試堆棧是否為空。 |
| Object peek( ) | 查看堆棧頂部的對象，但不從堆棧中移除它。 |
| Object pop( ) | 移除堆棧頂部的對象，並作為此函數的值返回該對。 |
| Object push(Object element) | 把項壓入堆棧頂部。 | 
| int search(Object element) | 返回對象在堆棧中的位置，以 1 為基數。 |
>但是Deque **接口**及其實現提供了 LIFO 堆棧操作的更完整和更一致的 set，應該優先使用此 set，而非此類。
>
>注：Java 中 Queue 是接口， Deque 是其子接口，LinkedList 和 PriorityQueue 是其實現類，而 ArrayDeque 是 Deque 接口的實現類。具體方法可以查看：[JDK 1.6 在線中文手冊](http://www.runoob.com/manual/jdk1.6/)。

• 鏈表（LinkedList）

LinkedList是一個雙端鏈表，存放在結點中的數據都被看作是一個Object對象。由於任何類都是Object類的間接子類，因此，可以把任何一個對象作為鏈表結點中的數據。需要注意的是get()方法返回的類型是Object，要類型轉換回原來的類型。
構造方法：

LinkedList();   //構造一個空列表

LinkedList(Collection<? extends E> c); //包含指定 collection 中的元素

常用方法：

| 方法 | 描述 |
|------|-----|
| boolean add(E e) | 將指定元素添加到此列表的**結尾**。 |
| void add(int index, E element) | 在此列表中指定的位置插入指定的元素。 |
| E remove(int index) | 移除此列表中指定位置處的元素。 |
|  E remove() | 獲取並移除此列表的頭（第一個元素）。 |
| boolean remove(Object o) | 移除首次出現的指定元素，不包含則不作更改。|
| E set(int index, E element) | 將此列表中指定位置的元素替換為指定的元素。 |
|  E get(int index) | 返回此列表中指定位置處的元素。**效率低**，並非隨機訪問。 |
| int indexOf(Object o) | 返回此列表中首次出現的指定元素的索引，不存在則返回-1. |
| boolean contains(Object o) | 至少包含一個指定元素，則返回 true。 |
| int size() | 返回此列表的元素數。 |
| void clear() | 從此列表中移除所有元素。 |
| Object clone() | 返回此 LinkedList 的淺表副本。（這些元素本身沒有復制。） |
| Object[] toArray() | 此方法返回一個新數組，調用者可以隨意修改。 |
>LinkedList也實現了Deque接口，List接口和Queue接口，存在方法支持其用作堆棧、隊列或雙端隊列，這里不做展開，具體方法可以查看：[JDK 1.6 在線中文手冊](http://www.runoob.com/manual/jdk1.6/)。

參考資料

• 實驗樓：JDK 核心 API
• Java核心技術 卷Ⅰ基礎知識 原書第8版
• 菜鳥教程：Java 集合框架、Java 數據結構
• Java2實用教程 （第三版）_ 耿祥義，張躍平