Java中常用的集合类数据结构有:Collection集合类和Map映射类。
它们在JDK的java.util包中的组织结构如下:
Collection
├List
│ ├LinkedList
│ ├ArrayList
│ └Vector
│ └Stack
└Set
Map
├Hashtable
└HashMap
下面简述一下各个类型的集合:
第一类:Collection集合类。
Collection类接口是最基本的集合类接口,它派生的两个接口是List和Set。
Collection类接口共同点有:
1. 所有Collection接口的实现类都必须提供两个标准的构造函数:无参数的构造函数用于创建一个空的Collection,有一个Collection参数的构造函数用于创建一个新的Collection,这个新的Collection与传入的Collection有相同的元素。后一个构造函数允许用户复制一个Collection。
2. 所有Collection接口的实现类的遍历方式都支持一个iterator()的方法,该方法返回一个迭代子,使用该迭代子即可逐一访问Collection中每一个元素。典型的用法如下:
Iterator it = collection.iterator(); // 获得一个迭代子
while(it.hasNext()) {
Object obj = it.next(); // 得到下一个元素
}
1. List接口:
实现List接口的常用类有LinkedList,ArrayList,Vector和Stack。
以下分别介绍各个List接口实现类特点:
1.1. LinkedList
LinkedList实现了List接口,允许null元素。此外LinkedList提供额外的get,remove,insert方法在LinkedList的首部或尾部。这些操作使LinkedList可被用作堆栈(stack),队列(queue)或双向队列(deque)。
注意LinkedList没有同步方法。如果多个线程同时访问一个List,则必须自己实现访问同步。一种解决方法是在创建List时构造一个同步的List:
List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));
1.2. ArrayList
ArrayList实现了可变大小的数组。它允许所有元素,包括null。ArrayList没有同步。 size,isEmpty,get,set方法运行时间为常数。但是add方法开销为分摊的常数,添加n个元素需要O(n)的时间。其他的方法运行时间为线性。
每个ArrayList实例都有一个容量(Capacity),即用于存储元素的数组的大小。这个容量可随着不断添加新元素而自动增加,但是增长算法并没有定义。当需要插入大量元素时,在插入前可以调用ensureCapacity方法来增加ArrayList的容量以提高插入效率。
和LinkedList一样,ArrayList也是非同步的(unsynchronized)。
1.3. Vector
Vector非常类似ArrayList,但是Vector是同步的。由Vector创建的Iterator,虽然和ArrayList创建的Iterator是同一接口,但是,因为Vector是同步的,当一个Iterator被创建而且正在被使用,另一个线程改变了Vector的状态(例如,添加或删除了一些元素),这时调用Iterator的方法时将抛出ConcurrentModificationException,因此必须捕获该异常。
1.4. Stack
Stack继承自Vector,实现一个后进先出的堆栈。Stack提供5个额外的方法使得Vector得以被当作堆栈使用。基本的push和pop方法,还有peek方法得到栈顶的元素,empty方法测试堆栈是否为空,search方法检测一个元素在堆栈中的位置。Stack刚创建后是空栈。
List总结:
1. 所有的List中只能容纳单个不同类型的对象组成的表,而不是Key-Value键值对。例如:[ tom,1,c ];
2. 所有的List中可以有相同的元素,例如Vector中可以有 [ tom,koo,too,koo ];
3. 所有的List中可以有null元素,例如[ tom,null,1 ];
4. 基于Array的List(Vector,ArrayList)适合查询,而LinkedList(链表)适合添加,删除操作。
2. set接口:
Set是一种不包含重复的元素的Collection,即任意的两个元素e1和e2都有e1.equals(e2)=false,Set最多有一个null元素。 很明显,Set的构造函数有一个约束条件:传入的Collection参数不能包含重复的元素。
实现Set接口的常用类有HashSet、LinkedHashSet,继承Set接口的接口有SortedSet等。
Set和List的根本区别:虽然Set同List都实现了Collection接口,但是他们的实现方式却大不一样。List基本上都是以Array为基础。但是Set则是 在HashMap的基础上来实现的(这也就是Set接口实现类不能有重复元素的原因)。
Set总结:
1. Set实现的基础是Map(HashMap);
2. Set中的元素是不能重复的,如果使用add(Object obj)方法添加已经存在的对象,则会覆盖前面的对象。
3. 为什么要使用集合类?当你事先不知道要存放数据的个数,或者你需要一种比数组下标存取机制更灵活的方法时,你就需要用到集合类。
二、Map映射类:
实现Map接口的常用类有:HashMap、HashTable等。
1. Hashtable
Hashtable继承Map接口,实现一个key-value映射的哈希表。任何非空(non-null)的对象都可作为key或者value。
Hashtable添加数据使用put(key, value),取出数据使用get(key),这两个基本操作的时间开销为常数。 Hashtable通过initial capacity和load factor两个参数调整性能。通常缺省的load factor 0.75较好地实现了时间和空间的均衡。增大load factor可以节省空间但相应的查找时间将增大,这会影响像get和put这样的操作。
由于作为key的对象将通过计算其散列函数来确定与之对应的value的位置,因此任何作为key的对象都必须实现hashCode和equals方法。hashCode和equals方法继承自根类Object,如果你用自定义的类当作key的话,要相当小心,按照散列函数的定义,如果两个对象相同,即obj1.equals(obj2)=true,则它们的hashCode必须相同,但如果两个对象不同,则它们的hashCode不一定不同,如果两个不同对象的hashCode相同,这种现象称为冲突,冲突会导致操作哈希表的时间开销增大,所以尽量定义好的hashCode()方法,能加快哈希表的操作。
如果相同的对象有不同的hashCode,对哈希表的操作会出现意想不到的结果(期待的get方法返回null),要避免这种问题,只需要牢记一条:要同时复写equals方法和hashCode方法,而不要只写其中一个。
Hashtable是同步的。
2. HashMap
HashMap和Hashtable类似,不同之处在于HashMap是非同步的,并且允许null,即null value和null key。,但是将HashMap视为Collection时(values()方法可返回Collection),其迭代子操作时间开销和HashMap的容量成比例。因此,如果迭代操作的性能相当重要的话,不要将HashMap的初始化容量设得过高,或者load factor过低。
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