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準的體系結構，在java中的集合框架主要分為兩部分：Collection介面和Map介面。

二、  用法

（一）集合框架涉及的資料結構

    1．資料結構分類

    1）線性表是在記憶體中資料的一種組織、儲存的方式；一維陣列、順序表、連結串列、棧、佇列，迴圈佇列、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中資料結構涉及到了陣列（一維、多維）、順序表（ArrayList、Vector）、連結串列（LinkedArrayList、LinkedSet）、棧（stack）、佇列（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是最基本的集合介面，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“子介面”如List和Set。

     2）所有實現Collection介面的類都必須提供兩個標準的建構函式：無引數的建構函式用於建立一個空的Collection，有一個Collection引數的建構函式用於建立一個新的Collection，這個新的Collection與傳入的Collection有相同的元素。後一個建構函式允許使用者複製一個Collection。

     3）為什麼繼承Iterable介面而不繼承Iterator?

     因為Iterator介面的核心方法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介面，勢必導致集合物件中包含當前迭代位置的資料(指標)，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，那麼next()方法的結果會變成不可預知。 除非再為Iterator介面新增一個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，每次呼叫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介面的子介面的實現類返回的Iterator具體型別可能不同，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介面。因此，客戶端不關心到底是哪種 Iterator，它只需要獲得這個Iterator介面即可，這就是面向物件的威力。     

Iterator it = collection.iterator(); // 獲得一個迭代子 

while(it.hasNext()){ 

          Object obj = it.next(); // 得到下一個元素 

} 

（三）Collection介面

    1．List介面

      List是有序的Collection，使用此介面能夠精確的控制每個元素插入的位置。使用者能夠使用索引（元素在List中的位置，類似於陣列下標）來訪問List中的元素，這類似於Java的陣列。和下面要提到的Set不同，List允許有相同的元素。除了具Collection介面必備的iterator()方法外，List還提供一個listIterator()方法，返回一個ListIterator介面，和標準的Iterator介面相比，ListIterator多了一些add()之類的方法，允許新增，刪除，設定元素，還能向前或向後遍歷。實現List介面的常用類有LinkedList，ArrayList，Vector和Stack。

      1）ArrayList

      ArrayList實現了可變大小的陣列，它允許所有元素，包括null。size，isEmpty，get，set方法執行時間為常數。但是add方法開銷為分攤的常數，新增n個元素需要O(n)的時間，其他的方法執行時間為線性。

       每個ArrayList例項都有一個容量（Capacity），即用於儲存元素的陣列的大小，這個容量可隨著不斷新增新元素而自動增加，但是增長演算法並沒有定義。當需要插入大量元素時，在插入前可以呼叫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介面，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可被用作堆疊（stack），佇列（queue）或雙向佇列（deque）,可以認為LinkedList在方法和邏輯上和ArrayList是一樣的，只是在效能上有一定的區別，ArrayList適合隨機訪問LinkedList更適合插入和刪除，在對效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。如果多個執行緒同時訪問一個List，則必須自己實現訪問同步。一種解決方法是在建立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建立的Iterator，雖然和ArrayList建立的Iterator是同一介面，但是，因為Vector是同步的，當一個Iterator被建立而且正在被使用，另一個執行緒改變了Vector的狀態（例如，新增或刪除了一些元素），這時呼叫Iterator的方法時將丟擲ConcurrentModificationException，因此必須捕獲該異常。

      ArrayList 和Vector是採用陣列方式儲存資料，此陣列元素數大於實際儲存的資料以便增加和插入元素，都允許直接序號索引元素，但是插入資料要設計到陣列元素移動等記憶體操作，所以索引資料快插入資料慢，Vector由於使用了synchronized方法（執行緒安全）所以效能上比ArrayList要差，LinkedList使用雙向連結串列實現儲存，按序號索引資料需要進行向前或向後遍歷，但是插入資料時只需要記錄本項的前後項即可，所以插入數度較快！

      4）Stack

      Stack繼承自Vector，實現一個後進先出的堆疊。Stack提供5個額外的方法使得Vector得以被當作堆疊使用。基本的push和pop方法，還有peek方法得到棧頂的元素，empty方法測試堆疊是否為空，search方法檢測一個元素在堆疊中的位置。Stack剛建立後是空棧。

     2．Set介面

     Set是一種不包括重複元素的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，它同樣執行null的存在但是僅有一個。由於Set介面的特殊性，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物件，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介面的集合有：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雜湊碼來決定的，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，或者根據建立Set 時提供的Comparator進行排序，具體取決於使用的構造方法。

      3）LinkedHashSet

      底層是連結串列實現的,是set集合中唯一一個能保證怎麼存就怎麼取的集合物件，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介面

     1）阻塞式佇列（BlockingQueue）：佇列滿了以後再插入元素則會丟擲異常，主要包括ArrayBlockQueue、PriorityBlockingQueue、LinkedBlockingQueue。

       2）雙端佇列（Deque）:支援在頭、尾兩端插入和移除元素，主要包括：ArrayDeque、LinkedBlockingDeque、LinkedList。

（四）Map介面

   Map與List、Set介面不同，它是由一系列鍵值對組成的集合，提供了key到Value的對映。同時它也沒有繼承Collection。在Map中它保證了key與value之間的一一對應關係。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，如果迭代操作的效能相當重要的話，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）樹資料結構實現，實現了SortedMap介面

      3）Hashtable

     Hashtable繼承Dictionary類實現Map介面，實現一個key-value對映的雜湊表。任何非空（non-null）的物件都可作為key或者value。新增資料使用put(key,value)，取出資料使用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兩個引數調整效能。通常預設的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詢時間將增大，這會影響像get和put這樣的操作。Hashtable是同步的。

三、總結

（一）集合型別的異同點

    1．Vector和ArrayList

      1）vector是執行緒同步的，所以它也是執行緒安全的，而arraylist是執行緒非同步的，是不安全的。如果不考慮到執行緒的安全因素，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陣列的長度時，vector增長率為目前陣列長度的100%,而arraylist增長率為目前陣列長度的50%.如過在集合中使用資料量比較大的資料，用vector有一定的優勢。

       3）如果查詢一個指定位置的資料，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資料花費的時間為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資料所花費的時間為0(1),而查詢一個指定位置的資料時花費的時間為0(i)。

      4）ArrayList 和Vector是採用陣列方式儲存資料，此陣列元素數大於實際儲存的資料以便增加和插入元素，都允許直接序號索引元素，但是插入資料要設計到陣列元素移動等記憶體操作，所以索引資料快插入資料慢，Vector由於使用了synchronized方法（執行緒安全）所以效能上比ArrayList要差，LinkedList使用雙向連結串列實現儲存，按序號索引資料需要進行向前或向後遍歷，但是插入資料時只需要記錄本項的前後項即可，所以插入數度較快！

     2．Aarraylist和Linkedlist

       1）ArrayList是實現了基於動態陣列的資料結構，LinkedList基於連結串列的資料結構。

         2）對於隨機訪問get和set，ArrayList覺得優於LinkedList，因為LinkedList要移動指標。

         3）對於新增和刪除操作add和remove，LinedList比較佔優勢，因為ArrayList要移動資料。

         4）這一點要看實際情況的。若只對單條資料插入或刪除，ArrayList的速度反而優於LinkedList。但若是批量隨機的插入刪除資料，LinkedList的速度大大優於ArrayList. 因為ArrayList每插入一條資料，要移動插入點及之後的所有資料。

    3．HashMap與TreeMap

      1）HashMap通過hashcode對其內容進行快速查詢，而TreeMap中所有的元素都保持著某種固定的順序，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詢，而TreeMap中所有的元素都保持著某種固定的順序，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介面)。

       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，那麼TreeMap會更好。使用HashMap要求新增的鍵類明確定義了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介面的一個實現 。

       2）同步性:Hashtable是執行緒安全的，也就是說是同步的，而HashMap是執行緒序不安全的，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型別

    1．對List的選擇

      1）對於隨機查詢與迭代遍歷操作，陣列比所有的容器都要快。所以在隨機訪問中一般使用ArrayList。

       2）LinkedList使用雙向連結串列對元素的增加和刪除提供了非常好的支援，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，只有當程式的效能因為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效能永遠比TreeSet要好，尤其是進行增加和查詢操作。

       2）雖然TreeSet沒有HashSet效能好，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，支援快速查詢。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。