一文快速了解Java集合框架

1. 簡介

JDK1.2 引入了 Java 集合框架，包含一組數據結構。與數組不同，這些數據結構的存儲空間會隨著元素添加動態增加。其中，一些支持添加重復元素另一些不支持，一些支持 null，一些能自動升序打印元素。

所有這些數據結構在 java.util 包里，包含了 Collection、List、Set、Map、SortedMap 接口。這些接口的實現類有 LinkedList、TreeSet、ArrayList、HashMap 等。除了這些數據結構，java.util 包還提供了 Date、GregorianCalender、StringTokenizer、Random 這樣的工具類。

2. 分類

可以按照接口、實現、算法三個方面對集合框架中的數據結構進行分類：

• 接口：Collection、List、Map 組成了集合框架中所有具體實現類的接口，它們定義了子類必須實現的方法，非常好記。比如向集合添加元素，會用到 Collection 中定義的 add() 方法

• 實現：所有實現了上述3個接口的類，都被稱作集合框架，實際上就是數據結構。比如 LinkedList、TreeSet 等

• 算法：集合框架提供了很多可以直接調用的算法，比如求最大最小值、排序、填充等

3. 優缺點

有以下4個優點

• 減少工作量的同時增加了軟件的可用性：不需要每個程序員動手實現排序、查找、找出元素在數據結構中出現的次數

• 執行速度更快更持久：集合框架的底層數據結構分為兩類，基于節點的和基于數組的，前者在頻繁添加時效率更高，后者在頻繁讀取時速度更快。一些數據結構是 synchronized 線程安全的，但會影響速度有，另一些則不是線程安全的。程序員在選用數據結構前要清楚地了解這些因素

• 互操作與轉換：由于實現了 Collection 接口，數據結構之間是可以相互轉換的。可以 clone，可以把現有的結構轉成 synchronized 版本，還可以在把基于鏈表的數據結構轉為基于數組的結構

有以下2個缺點

• 當心類型轉換：在集合框架類之間進行轉換時要大大地小心，尤其要考慮泛型類型的兼容性

• 運行時類型檢查：集合框架在運行時會拋出異常，需要編程時多加注意

4. 繼承體系

java.util 中的數據結構繼承體系分為兩大類，一類實現了 Collection 接口，一類實現了 Map 接口。

cdn.xitu.io/2019/9/21/16d53f88a64f30c4?w=640&h=599&f=jpeg&s=34805">

Collection 繼承體系

Map 繼承體系（圖片來自Wikipedia）

集合框架核心接口及實現類：

• Collection：根接口，大部分數據結構都實現了 Collection 接口中的方法

• Set：實現 Set 接口的數據結構不允許重復的元素，例如 HashSet、LinkedHashSet

• SortedSet：實現 SortedSet 接口的數據結構默認可按升序打印元素，例如 TreeSet

• List：實現 List 接口的數據結構允許重復元素，可通過 index 訪問元素，例如 LinkedList、ArrayList、Vector

• Map：實現 Map 接口的數據結構存儲鍵值對，不允許重復的 key，例如 HashMap、LinkedHashMap、Hashtable

• SortedMap：繼承了 Map 接口，存儲鍵值對，不允許重復的 key，默認可按 key 升序打印元素，例如 TreeMap

SortedSet 與 SortedMap 默認的排序是自然序，可通過 Comparator 或 Comparable 接口實現自定義排序。

在接口與具體的實現類之間還有一些抽象類，如下圖：

這些抽象類為集合增加了很多功能：

• HashSet：實現 Set 接口，不允許重復的元素，底層數據結構 hash table

• LinkedHashSet：實現 Set 接口，不允許重復的元素，底層數據結構 hash table 與雙鏈表

• TreeSet：實現 NavigableSet 接口，不允許重復的元素，底層數據結構紅黑樹

• ArrayList：實現 List 接口，允許重復元素，底層數據結構可變數組

• LinkedList：實現 List 接口，允許重復元素，底層數據結構雙鏈表

• Vector：實現 List 接口，允許重復元素，底層數據結構可變數組

• HashMap：實現 Map 接口，不允許重復的 key，底層數據結構 hash table

• LinkedHashMap：實現 Map 接口，不允許重復的 key，底層數據結構 hash table 與雙鏈表

• HashTable：實現 Map 接口，不允許重復的 key，底層數據結構 hash table

• TreeMap：實現 SortedMap 接口，不允許重復的 key，底層數據結構紅黑樹

•