collection和map集合類知識點總結
最近在准備java基礎知識的總結，發現對於集合類的知識點很多很雜，借鑒網上的帖子，整理如下。
一、定義
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，在java中的集合框架主要分為兩部分：Collection接口和Map接口。
二、 用法
（一）集合框架涉及的數據結構
1．數據結構分類
1）線性表是在內存中數據的一種組織、存儲的方式；一維數組、順序表、鏈表、棧、隊列，循環隊列、散列表等結構是邏輯上的概念，是一種理念與思想，是屬於線性表中的一種邏輯實現。
2）Java中數據結構涉及到了數組（一維、多維）、順序表（ArrayList、Vector）、鏈表（LinkedArrayList、LinkedSet）、棧（stack）、隊列（Queue）、散列表（HashMap）、樹（TreeSet、TreeMap）等
（二）集合框架圖譜
1．集合框架主要實現類
2．集合框架類圖
1）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。
2）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。
3）為什么繼承Iterable接口而不繼承Iterator?
因為Iterator接口的核心方法next()或者hasNext()是依賴於迭代器的當前迭代位置的。 如果Collection直接實現Iterator接口，勢必導致集合對象中包含當前迭代位置的數據(指針)，當集合在不同方法間被傳遞時，由於當前迭代位置不可預置，那么next()方法的結果會變成不可預知。 除非再為Iterator接口添加一個reset()方法，用來重置當前迭代位置。 但即使這樣，Collection也只能同時存在一個當前迭代位置，而Iterable則不然，每次調用都會返回一個從頭開始計數的迭代器。 多個迭代器是互不干擾的。
不同的Collection接口的子接口的實現類返回的Iterator具體類型可能不同，Array可能返回ArrayIterator，Set可能返回 SetIterator，Tree可能返回TreeIterator，但是它們都實現了Iterator接口。因此，客戶端不關心到底是哪種 Iterator，它只需要獲得這個Iterator接口即可，這就是面向對象的威力。
（三）Collection接口
1．List接口
List是有序的Collection，使用此接口能夠精確的控制每個元素插入的位置。用戶能夠使用索引（元素在List中的位置，類似於數組下標）來訪問List中的元素，這類似於Java的數組。和下面要提到的Set不同，List允許有相同的元素。除了具Collection接口必備的iterator()方法外，List還提供一個listIterator()方法，返回一個ListIterator接口，和標准的Iterator接口相比，ListIterator多了一些add()之類的方法，允許添加，刪除，設定元素，還能向前或向后遍歷。實現List接口的常用類有LinkedList，ArrayList，Vector和Stack。
1）ArrayList
ArrayList實現了可變大小的數組，它允許所有元素，包括null。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。和LinkedList一樣，ArrayList也是非同步的（unsynchronized）。
2）LinkedList
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）,可以認為LinkedList在方法和邏輯上和ArrayList是一樣的，只是在性能上有一定的區別，ArrayList適合隨機訪問LinkedList更適合插入和刪除，在對性能沒有很大要求是是可以忽略這個差別的。
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(...));
3）Vector
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。
ArrayList 和Vector是采用數組方式存儲數據，此數組元素數大於實際存儲的數據以便增加和插入元素，都允許直接序號索引元素，但是插入數據要設計到數組元素移動等內存操作，所以索引數據快插入數據慢，Vector由於使用了synchronized方法（線程安全）所以性能上比ArrayList要差，LinkedList使用雙向鏈表實現存儲，按序號索引數據需要進行向前或向后遍歷，但是插入數據時只需要記錄本項的前后項即可，所以插入數度較快！
4）Stack
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。
2．Set接口
Set是一種不包括重復元素的Collection。它維持它自己的內部排序，所以隨機訪問沒有任何意義。與List一樣，它同樣運行null的存在但是僅有一個。由於Set接口的特殊性，所有傳入Set集合中的元素都必須不同，同時要注意任何可變對象，如果在對集合中元素進行操作時，導致e1.equals(e2)==true，則必定會產生某些問題。實現了Set接口的集合有：EnumSet、HashSet、TreeSet。
1）HashSet
HashSet堪稱查詢速度最快的集合，因為其內部是以HashCode來實現的。它內部元素的順序是由哈希碼來決定的，所以它不保證set 的迭代順序，特別是它不保證該順序恆久不變。
2）TreeSet
基於TreeMap，生成一個總是處於排序狀態的set，內部以TreeMap來實現。它是使用元素的自然順序對元素進行排序，或者根據創建Set 時提供的Comparator進行排序，具體取決於使用的構造方法。
3）LinkedHashSet
底層是鏈表實現的,是set集合中唯一一個能保證怎么存就怎么取的集合對象，因為是HashSet的子類,所以也是保證元素唯一的,與HashSet的原理一樣。
3．Queue接口
1）阻塞式隊列（BlockingQueue）：隊列滿了以后再插入元素則會拋出異常，主要包括ArrayBlockQueue、PriorityBlockingQueue、LinkedBlockingQueue。
2）雙端隊列（Deque）:支持在頭、尾兩端插入和移除元素，主要包括：ArrayDeque、LinkedBlockingDeque、LinkedList。
（四）Map接口
Map與List、Set接口不同，它是由一系列鍵值對組成的集合，提供了key到Value的映射。同時它也沒有繼承Collection。在Map中它保證了key與value之間的一一對應關系。也就是說一個key對應一個value，所以它不能存在相同的key值，當然value值可以相同。實現map的有：HashMap、TreeMap、Hashtable、Properties、EnumMap。
1）HashMap
HashMap和Hashtable類似，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。
2）TreeMap
鍵以某種排序規則排序，內部以red-black（紅-黑）樹數據結構實現，實現了SortedMap接口
3）Hashtable
Hashtable繼承Dictionary類實現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。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initial capacity和load factor兩個參數調整性能。通常缺省的load factor 0.75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。Hashtable是同步的。
三、總結
（一）集合類型的異同點
1．Vector和ArrayList
1）vector是線程同步的，所以它也是線程安全的，而arraylist是線程異步的，是不安全的。如果不考慮到線程的安全因素，一般用arraylist效率比較高。
2）如果集合中的元素的數目大於目前集合數組的長度時，vector增長率為目前數組長度的100%,而arraylist增長率為目前數組長度的50%.如過在集合中使用數據量比較大的數據，用vector有一定的優勢。
3）如果查找一個指定位置的數據，vector和arraylist使用的時間是相同的，都是0(1),這個時候使用vector和arraylist都可以。而如果移動一個指定位置的數據花費的時間為0(n-i)n為總長度，這個時候就應該考慮到使用linklist,因為它移動一個指定位置的數據所花費的時間為0(1),而查詢一個指定位置的數據時花費的時間為0(i)。
4）ArrayList 和Vector是采用數組方式存儲數據，此數組元素數大於實際存儲的數據以便增加和插入元素，都允許直接序號索引元素，但是插入數據要設計到數組元素移動等內存操作，所以索引數據快插入數據慢，Vector由於使用了synchronized方法（線程安全）所以性能上比ArrayList要差，LinkedList使用雙向鏈表實現存儲，按序號索引數據需要進行向前或向后遍歷，但是插入數據時只需要記錄本項的前后項即可，所以插入數度較快！
2．Aarraylist和Linkedlist
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。
4）這一點要看實際情況的。若只對單條數據插入或刪除，ArrayList的速度反而優於LinkedList。但若是批量隨機的插入刪除數據，LinkedList的速度大大優於ArrayList. 因為ArrayList每插入一條數據，要移動插入點及之后的所有數據。
3．HashMap與TreeMap
1）HashMap通過hashcode對其內容進行快速查找，而TreeMap中所有的元素都保持着某種固定的順序，如果你需要得到一個有序的結果你就應該使用TreeMap（HashMap中元素的排列順序是不固定的）。HashMap中元素的排列順序是不固定的）。
2）HashMap通過hashcode對其內容進行快速查找，而TreeMap中所有的元素都保持着某種固定的順序，如果你需要得到一個有序的結果你就應該使用TreeMap（HashMap中元素的排列順序是不固定的）。集合框架”提供兩種常規的Map實現：HashMap和TreeMap (TreeMap實現SortedMap接口)。
3）在Map 中插入、刪除和定位元素，HashMap 是最好的選擇。但如果您要按自然順序或自定義順序遍歷鍵，那么TreeMap會更好。使用HashMap要求添加的鍵類明確定義了hashCode()和 equals()的實現。 這個TreeMap沒有調優選項，因為該樹總處於平衡狀態。
4．Hashtable與HashMap
1）歷史原因:Hashtable是基於陳舊的Dictionary類的，HashMap是Java 1.2引進的Map接口的一個實現 。
2）同步性:Hashtable是線程安全的，也就是說是同步的，而HashMap是線程序不安全的，不是同步的 。
3）值：只有HashMap可以讓你將空值作為一個表的條目的key或value 。
（二）如何選擇合適的集合類型
1．對List的選擇
1）對於隨機查詢與迭代遍歷操作，數組比所有的容器都要快。所以在隨機訪問中一般使用ArrayList。
2）LinkedList使用雙向鏈表對元素的增加和刪除提供了非常好的支持，而ArrayList執行增加和刪除元素需要進行元素位移。
3）對於Vector而已，我們一般都是避免使用。
4）將ArrayList當做首選，畢竟對於集合元素而已我們都是進行遍歷，只有當程序的性能因為List的頻繁插入和刪除而降低時，再考慮LinkedList。
2．對Set的選擇
1）HashSet由於使用HashCode實現，所以在某種程度上來說它的性能永遠比TreeSet要好，尤其是進行增加和查找操作。
2）雖然TreeSet沒有HashSet性能好，但是由於它可以維持元素的排序，所以它還是存在用武之地的。
3．對Map的選擇
1）HashMap與HashSet同樣，支持快速查詢。雖然HashTable速度的速度也不慢，但是在HashMap面前還是稍微慢了些，所以HashMap在查詢方面可以取代HashTable。
2）由於TreeMap需要維持內部元素的順序，所以它通常要比HashMap和HashTable慢。