查缺补漏-JavaCollecionsFramework

本章是整理知识内容，为强化知识长期更新。

Java集合

​ 集合是Java提供的工具包、包含常用的数据结构：集合、链表、队列、栈、数组、映射等。Collection的包是java.util.*。

Collection

Map

实际上还有Cloneable、Serializable接口是都集合类需要实现的，通用所以不不画上去了。

Java集合主要划分4个部分：

• List(列队)
• Set(集合)
• Map(映射)
• 工具类(Iterator迭代器、Enumeration枚举类、Arrays、Collections)

划重点

• Conllection
  • List
    • ArrayList
    • Vector
      • Stack
    • LinkedList
  • Set
    • HashSet
    • TreeSet
    • LinkedHashSet
  • Queue
• Map
  • HashMap
  • HashTable
  • TreeMap
• 工具
  • Arrays
  • Collections
  • Enumeration

Java类库中具体集合

集合类型	概括
ArrayList	一种可以动态增长和缩减的索引序列，访问速度很快但是插入和删除比ArrayList慢。
LinkedList	一种可以在任何位置进行高效地插入和删除操作的有序序列，但是访问比较ArrayList慢。
ArrayDeque	一种循环数组实现的双端序列。
HashSet	一种没有重复元素的无序集合。
TreeSet	一种有序集合。
EnumSet<E extends Enum>	一种包含枚举类型的集合。
LinkedHashSet	一种可以记住元素插入顺序的集合。
PriorityQueue	一种允许高效删除最小元素的集合。
HashMap<K , V>	一个存储 键 / 值 关联的数据结构。
TreeMap<K , V>	一种键值有序排列的映射表。
EnumMap<K extends Enum, V>	一种键属于枚举类型的映射表。
LinkedHashMap<K ,V >	一种可以记住键 / 值 项添加顺序的映射表。
WeakHashMap<K , V >	一种其值无用武之地后可以被垃圾回收回收的映射表。
IdentityHashMap<K , V>	一种用 == 而不是用用 equals 比较的映射表。

介绍下Java Collection Interface

1. Set

• TreeSet：基于红黑树实现，支持有序性操作，例如根据一个范围查找元素的操作。但是查找效率不如 HashSet，HashSet 查找的时间复杂度为 O(1)，TreeSet 则为 O(logN)。
• HashSet：基于哈希表实现，支持快速查找，但不支持有序性操作。并且失去了元素的插入顺序信息，也就是说使用 Iterator 遍历 HashSet 得到的结果是不确定的。
• LinkedHashSet：具有 HashSet 的查找效率，并且内部使用双向链表维护元素的插入顺序。

2. List

• ArrayList：基于动态数组实现，支持随机访问。
• Vector：和 ArrayList 类似，但它是线程安全的。
• LinkedList：基于双向链表实现，只能顺序访问，但是可以快速地在链表中间插入和删除元素。不仅如此，LinkedList 还可以用作栈、队列和双向队列。

3. Queue

• LinkedList：可以用它来实现双向队列。
• PriorityQueue：基于堆结构实现，可以用它来实现优先队列。

4. Map

• TreeMap：基于红黑树实现。
• HashMap：基于哈希表实现。
• HashTable：和 HashMap 类似，但它是线程安全的，这意味着同一时刻多个线程同时写入 HashTable 不会导致数据不一致。它是遗留类，不应该去使用它，而是使用 ConcurrentHashMap 来支持线程安全，ConcurrentHashMap 的效率会更高，因为 ConcurrentHashMap 引入了分段锁。
• LinkedHashMap：使用双向链表来维护元素的顺序，顺序为插入顺序或者最近最少使用（LRU）顺序。

泛型E

​ 该接口封装了不同类型的结合，使得开发人员操作集合的时候不必关心他们具体的实现，核心的集合接口是Java集合框架的基础。证如上图看到的核心集合接口的层次关系。

​ 语法告诉我们这个接口是泛化的，在使用集合的时候需要声明集合的实例、指定集合中对象的类型。指定类型之后编译器能在编译期间验证集合中的元素类型是正确的。从而减少错误。

Interface

首先简单的介绍下接口以及接口的方法，便于后面的深入学习。

• Iterator

• Iterable

• Collection

  • Queue

    • LinkedList 双向列队结构。
    • PriorityQueue 基于堆机构实现，可以用来做优先级列队。

  • Set

    • HashSet 基于哈希实现，支持快速查找，但不支持有序性操作，例如根据一个范围查找元素的操作。并且失去了元素的插入顺序信息，也就是说使用 Iterator 遍历 HashSet 得到的结果是不确定的。
    • TreeSet 基于红黑树实现，支持有序性操作，但是查找效率不如 HashSet，HashSet 查找时间复杂度为 O(1)，TreeSet 则为 O(logN)；

  • LinkedHashSet 具有 HashSet 的查找效率，且内部使用链表维护元素的插入顺序。

  • List

    • ArrayList 基于动态数组实现，支持随机访问元素。
    • Vector 和ArrayList类似，但是它是线程安全的。
    • Stack 是Vector的子类，它实现了一个标准的后进先出的栈。
    • LinkedList 基于双向循环列表，只能顺序访问；可以快速的插入和删除元素。而且，LinkedList还可以用作栈、列队和双端列队。

• Map<K , V >

需要特别说明下Irertor<E> 和Iterable<T>这两个接口，Iterator模式是用于遍历集合类的标准方法。它主要用于将 访问逻辑从不同的类型集合类中抽象出来、所以在很多实现了Iterble集合类中实现这个多个Iterator接口。这样避免向客用户包撸集合内部的结构，这就是为什么我们用的这么爽的原因之一。

实现类一览表

Collction	排序	随机访问	Key-Value	可重复元素	空元素	线程安全
ArrayList	Y	Y	N	Y	Y	N
LinkedList	Y	N	N	Y	Y	N
HashSet	N	N	N	N	Y	N
TreeSet	Y	N	N	N	N	N
HashMap	N	Y	Y	N	Y	N
TreeMap	Y	Y	Y	N	N	N
Vector	Y	Y	N	Y	Y	Y
Stack	Y	N	N	Y	Y	Y
Hashtable	N	Y	Y	N	N	Y
Properties	Y	N	N	Y	Y	Y
CopyOnWriteArrayList	Y	Y	Y	N	N	Y
ConcurrentHashMap	N	Y	Y	N	N	Y
CopyOnWriteArrayList	N	N	N	N	Y	Y

Iterator 接口

• 迭代器必须从属容器、其作用就是迭代所属容器中的元素。源代码看出这是一个泛型接口。就是迭代泛型类元素。

public interface Iterator<E> {

    // 如果存在可以返回的元素就返回true
    boolean hasNext();

    // 返回将要访问的下一个元素、如果已经达到集合的尾部，则抛出一个NoSuchElementException异常。
    E next();

 	// 删除上次访问的对象。如果已经是尾部；则抛出一个IllegalStateException异常。
    // 如果没有重写这个方法就会排除这个异常UnsupportedOperationException  
    // 比如：Arrays$ArrayList中add 、 remove方法就没有重写，直接使用Arrays.toList的集合就会抛出这个异常
    default void remove() {
        throw new UnsupportedOperationException("remove");
    }

    // Itreator专门提供的一个方法，可以使用Lambda表达式遍历。
    default void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) {
        Objects.requireNonNull(action);
        while (hasNext())
            action.accept(next());
    }
}

Iterable 接口

• 这个接口被Collection继承。

public interface Iterable<T> {
   
    // 定义了Iterator，返回Iterator实例。
    Iterator<T> iterator();
    
    // 增强for循环，专门给Lambda表达式遍历。
    default void forEach(Consumer<? super T> action) {
        Objects.requireNonNull(action);
        for (T t : this) {
            action.accept(t);
        }
    }
   
    // 根据此Iterable描述的元素创建Spliterator。
    default Spliterator<T> spliterator() {
        return Spliterators.spliteratorUnknownSize(iterator(), 0);
    }
}

Collection 接口

• 这个接口集合接口。

public interface Collection<E> extends Iterable<E> {
    // Query Operations

   	// 返回当前存储在集合中的元素个数。
    int size();

    // 如果集合中没有元素,则返回true。
    boolean isEmpty();

    // 如果集合中包含一个元素与参数o相同,这返回true。
    boolean contains(Object o);

    // 返回当前用于访问集合的迭代器。
    Iterator<E> iterator();

    // 返回这个集合的数组对象。
    Object[] toArray();
    
    // 返回这个集合的数组对象，如果t这个数组足够大，就将集合中的元素填入这个数组中。剩余的空间填入Null；否则，分配一个新数组，其成员类型与t的成员类型相同，其长度等于集合的大小，并添加集合元素。
    <T> T[] toArray(T[] a);

    // Modification Operations
 	// 将一个元素添加到集合中，如果这个调用改变了集合，则返回true。
    boolean add(E e);

 	// 从这个集合中删除等于o的对象，如果匹配对象被删除。就返回true。
    boolean remove(Object o);

    // Bulk Operations
    // 如果此集合包含指定集合c中的所有元素，则返回true。
    boolean containsAll(Collection<?> c);

	// 将c集合中所有元素添加到这个集合中，如果由于这个调用改变了集合，返回true。
    boolean addAll(Collection<? extends E> c);

    //  从集合中删除集合c中的所有元素，如果由于这个元素改变了集合，返回true。
    boolean removeAll(Collection<?> c);

    // 删除此集合中满足给定谓词的所有元素。
    default boolean removeIf(Predicate<? super E> filter) {
        Objects.requireNonNull(filter);
        boolean removed = false;
        final Iterator<E> each = iterator();
        while (each.hasNext()) {
            if (filter.test(each.next())) {
                each.remove();
                removed = true;
            }
        }
        return removed;
    }

	// 仅保留包含在指定集合中的此c集合中的元素
    boolean retainAll(Collection<?> c);

    // 从这个集合中删除所有元素。
    void clear();

    // Comparison and hashing
    // 从这个集合中删除所有元素。
    boolean equals(Object o);

    // 返回此集合的哈希码值
    int hashCode();

 	// 在此集合中的元素上创建Spliterator
    @Override
    default Spliterator<E> spliterator() {
        return Spliterators.spliterator(this, 0);
    }

   	// 以此集合作为源返回顺序流。
    default Stream<E> stream() {
        return StreamSupport.stream(spliterator(), false);
    }

    // 以此集合作为源返回可能并行的Stream。
    default Stream<E> parallelStream() {
        return StreamSupport.stream(spliterator(), true);
    }
}

Map 接口

翻译成中文就是地图，x y 坐标代表地图上的一个位置。Map就是一种 键\值的存在。键好比地图中的x y ，值好比地图中的位置。

public interface Map<K,V> {
    // Query Operations

    // 返回此映射中的键-值映射关系数。
    int size();

    /**
     * Returns <tt>true</tt> if this map contains no key-value mappings.
     *
     * @return <tt>true</tt> if this map contains no key-value mappings
     */
    // 如果不存在映射元素，则返回true否则返回false。
    boolean isEmpty();

    // 如果这个映射表已经存有这个键就返回true。
    boolean containsKey(Object key);

 	// 如果这个映射表已经存在这个值就返回true。
    boolean containsValue(Object value);

    // 获取与键对应的值；返回与键对应的对象，如果映射表中没有这个对象则返回NULL，键可以是NULL。
    V get(Object key);

    // Modification Operations

 	// 将键值对关系插入映射表中，如果这个键已经存在，新的对象会取代这个键对应旧的对象。这个方法将返回键的旧值，如果这个键以前没有出现过则返回NULL，键可以是NULL,但是值不能是NULL。
    V put(K key, V value);
	
    // 如果该键 key 的映射存在，则从映射集合中删除该映射，并返回该键对应的值。如果该键没有映射关系，则返回一个NULL。
    V remove(Object key);


    // Bulk Operations

    // 将m映射表中所有的条目都添加到当前的映射表中。
    void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m);

  	// 清空当前映射中键对值
    void clear();

    // Views
    // 返回映射表中所有键的集合，可以从这个集中删除元素，同时也可以映射表中删除它们，但是不能添加元素。
    Set<K> keySet();

    // 返回映射表中所有值的集合，可以从这个集中删除元素，同时也可以从映射表中删除它们，但是不能添加元素。
    Collection<V> values();

 	// 返回Map.Entry对象的集，即映射表中的键\ 值对。同时也可以从映射表中删除元素，同时可以删除该键\值对。但是不能添加任何元素。
    Set<Map.Entry<K, V>> entrySet();

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

       
        V getValue();

       
        V setValue(V value);

       
        boolean equals(Object o);

      
        int hashCode();

      
        public static <K extends Comparable<? super K>, V> Comparator<Map.Entry<K,V>> comparingByKey() {
            return (Comparator<Map.Entry<K, V>> & Serializable)
                (c1, c2) -> c1.getKey().compareTo(c2.getKey());
        }

       
        public static <K, V extends Comparable<? super V>> Comparator<Map.Entry<K,V>> comparingByValue() {
            return (Comparator<Map.Entry<K, V>> & Serializable)
                (c1, c2) -> c1.getValue().compareTo(c2.getValue());
        }

     
        public static <K, V> Comparator<Map.Entry<K, V>> comparingByKey(Comparator<? super K> cmp) {
            Objects.requireNonNull(cmp);
            return (Comparator<Map.Entry<K, V>> & Serializable)
                (c1, c2) -> cmp.compare(c1.getKey(), c2.getKey());
        }

       
        public static <K, V> Comparator<Map.Entry<K, V>> comparingByValue(Comparator<? super V> cmp) {
            Objects.requireNonNull(cmp);
            return (Comparator<Map.Entry<K, V>> & Serializable)
                (c1, c2) -> cmp.compare(c1.getValue(), c2.getValue());
        }
    }

    // Comparison and hashing

   
    boolean equals(Object o);

    
    int hashCode();

    // Defaultable methods

    // 返回指定建映射到的值，如果该键不存在值，就返回一个默认的。
    default V getOrDefault(Object key, V defaultValue) {
        V v;
        return (((v = get(key)) != null) || containsKey(key))
            ? v
            : defaultValue;
    }

    // 为此映射中每一元素进行操作。
    default void forEach(BiConsumer<? super K, ? super V> action) {
        Objects.requireNonNull(action);
        for (Map.Entry<K, V> entry : entrySet()) {
            K k;
            V v;
            try {
                k = entry.getKey();
                v = entry.getValue();
            } catch(IllegalStateException ise) {
                // this usually means the entry is no longer in the map.
                throw new ConcurrentModificationException(ise);
            }
            action.accept(k, v);
        }
    }

   
    default void replaceAll(BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> function) {
        Objects.requireNonNull(function);
        for (Map.Entry<K, V> entry : entrySet()) {
            K k;
            V v;
            try {
                k = entry.getKey();
                v = entry.getValue();
            } catch(IllegalStateException ise) {
                // this usually means the entry is no longer in the map.
                throw new ConcurrentModificationException(ise);
            }

            // ise thrown from function is not a cme.
            v = function.apply(k, v);

            try {
                entry.setValue(v);
            } catch(IllegalStateException ise) {
                // this usually means the entry is no longer in the map.
                throw new ConcurrentModificationException(ise);
            }
        }
    }

   
    default V putIfAbsent(K key, V value) {
        V v = get(key);
        if (v == null) {
            v = put(key, value);
        }

        return v;
    }

   
    default boolean remove(Object key, Object value) {
        Object curValue = get(key);
        if (!Objects.equals(curValue, value) ||
            (curValue == null && !containsKey(key))) {
            return false;
        }
        remove(key);
        return true;
    }

   
    default boolean replace(K key, V oldValue, V newValue) {
        Object curValue = get(key);
        if (!Objects.equals(curValue, oldValue) ||
            (curValue == null && !containsKey(key))) {
            return false;
        }
        put(key, newValue);
        return true;
    }

   
    default V replace(K key, V value) {
        V curValue;
        if (((curValue = get(key)) != null) || containsKey(key)) {
            curValue = put(key, value);
        }
        return curValue;
    }

   
    default V computeIfAbsent(K key,
            Function<? super K, ? extends V> mappingFunction) {
        Objects.requireNonNull(mappingFunction);
        V v;
        if ((v = get(key)) == null) {
            V newValue;
            if ((newValue = mappingFunction.apply(key)) != null) {
                put(key, newValue);
                return newValue;
            }
        }

        return v;
    }

  
    default V computeIfPresent(K key,
            BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> remappingFunction) {
        Objects.requireNonNull(remappingFunction);
        V oldValue;
        if ((oldValue = get(key)) != null) {
            V newValue = remappingFunction.apply(key, oldValue);
            if (newValue != null) {
                put(key, newValue);
                return newValue;
            } else {
                remove(key);
                return null;
            }
        } else {
            return null;
        }
    }

    
    default V compute(K key,
            BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> remappingFunction) {
        Objects.requireNonNull(remappingFunction);
        V oldValue = get(key);

        V newValue = remappingFunction.apply(key, oldValue);
        if (newValue == null) {
            // delete mapping
            if (oldValue != null || containsKey(key)) {
                // something to remove
                remove(key);
                return null;
            } else {
                // nothing to do. Leave things as they were.
                return null;
            }
        } else {
            // add or replace old mapping
            put(key, newValue);
            return newValue;
        }
    }

   
    default V merge(K key, V value,
            BiFunction<? super V, ? super V, ? extends V> remappingFunction) {
        Objects.requireNonNull(remappingFunction);
        Objects.requireNonNull(value);
        V oldValue = get(key);
        V newValue = (oldValue == null) ? value :
                   remappingFunction.apply(oldValue, value);
        if(newValue == null) {
            remove(key);
        } else {
            put(key, newValue);
        }
        return newValue;
    }
}