Java集合類根接口：Collection 和 Map

前言

在前文中我們了解了幾種常見的數據結構，這些數據結構有着各自的應用場景，並且被廣泛的應用於編程語言中，其中，Java中的集合類就是基於這些數據結構為基礎。

Java的集合類是一些非常實用的工具類，主要用於存儲和裝載數據 (包括對象)，因此，Java的集合類也被成為容器。在Java中，所有的集合類都位於java.util包下，這些集合類主要是基於兩個根接口派生而來，它們就是 Collection和 Map。

Collection接口

Collection派生出三個子接口，Set代表不可重復的無序集合、List代表可重復的有序集合、Queue是java提供的隊列實現，通過它們不斷的擴展出很多的集合類，例如HashMap、ArrayList、LinkedList、Deque等，其分布圖如下：

作為最基本的兩個根接口之一，Collection提供了很多的基礎方法，供它的子類調用。下面是Collection接口的源碼：

public interface Collection<E> extends Iterable<E> {
    int size();

    boolean isEmpty();

    boolean contains(Object var1);

    Iterator<E> iterator();

    Object[] toArray();

    <T> T[] toArray(T[] var1);

    boolean add(E var1);

    boolean remove(Object var1);

    boolean containsAll(Collection<?> var1);

    boolean addAll(Collection<? extends E> var1);

    boolean removeAll(Collection<?> var1);

    default boolean removeIf(Predicate<? super E> var1) {
        Objects.requireNonNull(var1);
        boolean var2 = false;
        Iterator var3 = this.iterator();

        while(var3.hasNext()) {
            if (var1.test(var3.next())) {
                var3.remove();
                var2 = true;
            }
        }

        return var2;
    }

    boolean retainAll(Collection<?> var1);

    void clear();

    boolean equals(Object var1);

    int hashCode();

    default Spliterator<E> spliterator() {
        return Spliterators.spliterator(this, 0);
    }

    default Stream<E> stream() {
        return StreamSupport.stream(this.spliterator(), false);
    }

    default Stream<E> parallelStream() {
        return StreamSupport.stream(this.spliterator(), true);
    }
}

從源碼可以看出，里面有很多方法是針對集合的基礎操作，例如添加，刪除，查詢。例如：

• int size() 獲取元素個數

• boolean isEmpty() 是否個數為 0

• boolean contains(Object element) 是否包含指定元素

• boolean add(E element) 添加元素，成功時返回 true

• boolean remove(Object element) 刪除元素，成功時返回 true

• Iterator<E> iterator() 獲取迭代器

還有一些操作整個集合的方法：

boolean containsAll(Collection<?> c)

是否包含指定集合 c 的全部元素

boolean addAll(Collection<? extends E> c)

添加集合 c 中所有的元素到本集合中，如果集合有改變就返回 true

boolean removeAll(Collection<?> c)

刪除本集合中和 c 集合中一致的元素，如果集合有改變就返回 true

boolean retainAll(Collection<?> c)

保留本集合中 c 集合中兩者共有的，如果集合有改變就返回 true

void clear()

刪除所有元素

值得說明的是，在jdk1.8之后，Collection 接口還提供了從集合獲取連續的或者並行流的方法：

Stream<E> stream() 在這個集合上返回一個順序流 ，單線程

Stream<E> parallelStream() 在這個集合上返回一個並行的代碼流 ，多線程

Stream相當於高級版本的iterator，可以對集合做比較，分類，甚至是過濾等操作，一般是結合lambda表達式來使用，這樣會使代碼變得更加簡潔 (有人說會更難理解，這個仁者見仁) ，下面舉幾個簡單的例子：

1、使用順序流來過濾掉集合中為 “aaa” 的元素並做輸出：

List<String> list = Arrays.asList("aaa", "bbb", "ccc");
list.stream().filter(e -> !e.contains("aaa"))
      .forEach(e -> System.out.println(e));

2、使用並行流來操作集合：

List<String> list = Arrays.asList("aaa", "bbb", "ccc");
list.parallelStream().filter(e -> !e.contains("aaa"))
      .forEach(e -> System.out.println(e));

當使用順序流去遍歷時，每個item讀完后再讀下一個item。
而使用並行流去遍歷時，集合會被分成多個段，其中每一個都在不同的線程中處理，然后將結果一起輸出，所以理論上，並行流的效率至少是順序流的兩倍以上。

Map接口

Map接口是和Collection同等級的根接口，它表示一個鍵值對（key-value）的映射，每一個key對應一個value，查找Map中的數據，總是根據key來獲取，所以key是不可重復的，它用於標識集合里的每項數據。跟Collection一樣，Map接口派生了很多的集合子類，這是Map的體系架構圖：

Map接口提供了很多集合的初識方法，其底層結構是封裝一個名為entry的接口，源碼如下：

public interface Entry<K, V> {
    K getKey();

    V getValue();

    V setValue(V var1);

    boolean equals(Object var1);

    int hashCode();

    static <K extends Comparable<? super K>, V> Comparator<Map.Entry<K, V>> comparingByKey() {
        return (Comparator)((Serializable)((var0x, var1x) -> {
            return ((Comparable)var0x.getKey()).compareTo(var1x.getKey());
        }));
    }

    static <K, V extends Comparable<? super V>> Comparator<Map.Entry<K, V>> comparingByValue() {
        return (Comparator)((Serializable)((var0x, var1x) -> {
            return ((Comparable)var0x.getValue()).compareTo(var1x.getValue());
        }));
    }

    static <K, V> Comparator<Map.Entry<K, V>> comparingByKey(Comparator<? super K> var0) {
        Objects.requireNonNull(var0);
        return (Comparator)((Serializable)((var1x, var2x) -> {
            return var0.compare(var1x.getKey(), var2x.getKey());
        }));
    }

    static <K, V> Comparator<Map.Entry<K, V>> comparingByValue(Comparator<? super V> var0) {
        Objects.requireNonNull(var0);
        return (Comparator)((Serializable)((var1x, var2x) -> {
            return var0.compare(var1x.getValue(), var2x.getValue());
        }));
    }
}

從源碼中可以看出，entry中封裝了一系列設值和比較器，這也是Map實現類的元素操作的基礎接口，一個entry就相當於一個封裝了鍵值對的元素，是Map接口里的架構核心。
除此之外，Map中還提供了兩個集合來操作自身，這就是 KeySet 和 Values。

Set<K> keySet();
Collection<V> values();

KeySet 是一個 Map 中 key 的集合，以 Set 的形式保存，不允許重復，因此鍵存儲的對象需要重寫 equals() 和 hashCode() 方法。
Values 是一個 Map 中 value 的集合，以 Collection 的形式保存，可以重復。

通過這三種視圖，Map可以對自身結構以及內部元素做操作，在集合中非常常用，建議讀者們可以多看看源碼，作深入的了解。