一、集合框架

集合是容納資料的容器，java常用的集合體系圖如下。以集合中是否執行重複元素來分，主要有List和Set介面，List集合中可以有重複元素，Set集合集合中的元素不可重複，Iterator和List Iterator是遍歷集合的2個迭代器，Map是儲存Key/Value鍵值對的容器。

二、迭代器

迭代器的用法寫在後面，這裡說明Iterator和ListIterator的區別：

1. Iterator在遍歷一個集合的過程中不能修改集合中的物件，ListIterator可以修改物件
2. ListIterator從後往前遍歷，有hasPrevious()方法，Iterator沒有
3. ListIterator可以在遍歷過程中進行新增元素操作，Iterator不能,否則會報java.util.ConcurrentModificationException異常。

三、List集合

List集合儲存不唯一、有序的物件，可以操作角標。

3.1 ArrayList

3.1.1內部實現

ArrayList也叫變長陣列，陣列的長度是固定的，ArrayList可以隨著元素的增多長度增加，內部實現為陣列。ArrayList在新增元素時首先會判斷長度，長度不夠時，長度擴充套件到原來到1.5倍，原陣列複製到新陣列。

3.1.2關鍵屬性

3.1.3 測試示例

建立一個ArrayList物件,新增5個元素，其中一個為null：

        arrayList.add("a1");
        arrayList.add("a2");
        arrayList.add(null);
        arrayList.add("a3");
        arrayList.add("a4");
        System.out.println(arrayList);

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列印結果：

[a1, a2, null, a3, a4]

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使用迭代器for迴圈方式遍歷：

        for (Iterator iter=arrayList.iterator();iter.hasNext();){
            System.out.println(iter.next());
        }

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使用迭代器while迴圈方式遍歷：

        Iterator iter=arrayList.iterator();
        while (iter.hasNext()){
            System.out.println(iter.next());
        }

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儲存自定義物件：

public class Boy {

    private String name;
    private int age;
    //省略setter、getter、構造器和toString()方法
}

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新增Boy物件到ArrayList中並列印：

 ArrayList<Boy> boys=new ArrayList<>();

        Boy b1=new Boy("Tom",12);
        Boy b2=new Boy("Jack",11);
        Boy b3=new Boy("Mike",15);

        boys.add(b1);
        boys.add(b2);
        boys.add(b3);

        System.out.println(boys);
        Iterator<Boy> iter=boys.iterator();
        while (iter.hasNext()){
            Boy b=iter.next();
            System.out.println(b.getName()+"----"+b.getAge());
        }

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結果：

[Boy{name='Tom', age=12}, Boy{name='Jack', age=11}, Boy{name='Mike', age=15}]
Tom----12
Jack----11
Mike----15

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3.1.4 轉成執行緒安全

非執行緒安全的ArrayList

ArrayList<String> arrayList = new ArrayList();

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執行緒安全的ArrayList

List arrayList =Collections.synchronizedList(new ArrayList<String>()) ;

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3.1.5 常用方法

• clear():移除列表中的所有元素
• contains(Object o): 包含指定元素
• get(int index):返回列表中指定位置上的元素
• indexOf(Object o): 返回列表中首次出現指定元素的索引，如果列表不包含，則返回-1
• isEmpty():列表為空返回true
• lastIndexOf(Object o):返回列表中最後一次出現指定元素的索引，如果列表不包含元素則返回－1
• remove(int index):移除列表中指定位置的元素
• remove(Object o):移除列表中首次出現的指定元素
• removeRange(int fromIndex,int toIndex):移除列表中索引在fromIndex(包括)和toIndex(不包括)之間的所有元素。
• size():返回集合的元素個數
• set(int index,E element)：修改指定位置上的元素
• toArray():按順序返回包含此列表中所有元素的陣列

3.2 LinkedList

3.2.1內部實現

內部實現為雙向連結串列，刪除和增加速度快，查詢速度慢。

3.2.2關鍵屬性

3.2.3 測試示例

LinkedList當作FIFO的佇列使用，也就是常用的add方法新增元素：

        LinkedList quene=new LinkedList();
        quene.add("a");
        quene.add("b");
        quene.add("c");
        quene.add("d");

        System.out.println("列印佇列:"+quene);
        System.out.println("獲取隊頭:"+quene.getFirst());
        System.out.println("獲取隊尾:"+quene.getLast());
        System.out.println("移除隊頭:"+quene.pop());
        System.out.println("移除隊頭之後的佇列:"+quene);

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列印結果：

列印佇列:[a, b, c, d]
獲取隊頭:a
獲取隊尾:d
移除隊頭:a
移除隊頭之後的佇列:[b, c, d]

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LinkedList當作FILO的棧使用:

        LinkedList stack = new LinkedList();

        stack.push("1");
        stack.push("2");
        stack.push("3");
        stack.push("4");

        System.out.println("列印棧:"+stack);

        System.out.println("獲取棧頂元素:"+stack.peek());
        System.out.println("列印棧:"+stack);
        System.out.println("取出棧頂元素:"+stack.pop());
        System.out.println("列印棧:"+stack);

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列印結果:

列印棧:[4, 3, 2, 1]
獲取棧頂元素:4
列印棧:[4, 3, 2, 1]
取出棧頂元素:4
列印棧:[3, 2, 1]

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除了ArrayList中包含的基本方法以為，LinkedList中多了getFirst()、getLast()、addFirst()、addLast()、peek（）、peekFirst()、peekLast()、removeFirst()、removeLast()等方法。

3.2.4 轉成執行緒安全

 List<Integer> linkedList=Collections.synchronizedList(new LinkedList<Integer>());

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3.3 Vector

Vector內部是陣列結構，執行緒安全，速度較慢，幾乎不用。

四、Set集合

Set集合中的元素唯一、無序，沒有角標。

4.1HashSet

4.1.1內部實現

內部結構是雜湊表，物件存入HashSet之前，要先確保物件重寫equals()和hashCode()方法，這樣才能比較物件的值是否相等，確保set中沒有儲存相同的物件。判斷兩個元素是否相同，首先通過hashCode()方法判斷的是2個元素的雜湊值是否相同，再根據equals()方法判斷值是否相同，只有2者都相同才是統一元素。

4.1.2 基本屬性

4.1.3 測試示例

        HashSet<String> hashSet=new HashSet();
        hashSet.add("abc");
        hashSet.add("張三");
        hashSet.add("李四");
        hashSet.add("tim");
        hashSet.add(null);
        hashSet.add(null);

        System.out.println("HashSet 大小:"+hashSet.size());
        Iterator iter=hashSet.iterator();
        while (iter.hasNext()){
            System.out.println(iter.next());
        }

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列印結果：

HashSet 大小:5
null
李四
張三
abc
tim

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新增自定義物件，仍然新增Boy類中的物件

      Boy b1=new Boy("神樂",12);
      Boy b2=new Boy("神樂",12);
      HashSet<Boy> boys=new HashSet<>();
      boys.add(b1);
      boys.add(b2);
      System.out.println(boys);

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結果：

[Boy{name='神樂', age=12}, Boy{name='神樂', age=12}]

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這時候b1和b2其實是一個物件，在Boy類中重寫hashCode()和equals()方法：

public class Boy {

    private String name;
    private int age;
    //省略setter、getter、構造器和toString()方法
        @Override
    public int hashCode() {

        return name.hashCode()+age;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (this==obj) return  true;
        if (!(obj instanceof Boy))  throw new ClassCastException("型別錯誤");
        Boy boy=(Boy) obj;

        return this.name.equals(boy.name)&&(this.age==boy.age);
    }
}

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重寫equals和hashCode方法以後，上述集合中就會只新增一個物件：

[Boy{name='神樂', age=12}]

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4.1.4 轉成執行緒安全

Set<String> hSet=Collections.synchronizedSet(new HashSet<String>());

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4.1.5 唯一且有序

LinkedHashSet集合中都元素唯一且有序，這裡都有序是指新增順序。

        LinkedHashSet<String> lHashSet= new LinkedHashSet<String>();
        lHashSet.add("abc");
        lHashSet.add("張三");
        lHashSet.add("李四");
        lHashSet.add("tim");
        lHashSet.add(null);
        iter=lHashSet.iterator();
        while (iter.hasNext()){
            System.out.println(iter.next());
        }

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列印結果：

abc
張三
李四
tim
null

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4.2 TreeSet

4.2.1 內部實現

TreeSet內部實現為二叉樹，可以對元素進行排序

4.2.2 基本屬性

4.2.3 測試示例

        Boy b1=new Boy("定春",16);
        Boy b2=new Boy("神樂",12);
        Boy b3=new Boy("桑巴",13);

        TreeSet<Boy> treeSet=new TreeSet<>(new Comparator<Boy>() {
            @Override
            public int compare(Boy o1, Boy o2) {
                return o1.getAge()-o2.getAge();
            }
        });

        treeSet.add(b1);
        treeSet.add(b2);
        treeSet.add(b3);
        System.out.println(treeSet);

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列印結果：

[Boy{name='神樂', age=12}, Boy{name='桑巴', age=13}, Boy{name='定春', age=16}]

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4.2.4 轉成執行緒安全

        TreeSet<Boy> treeSet=new TreeSet<>(new Comparator<Boy>() {
            @Override
            public int compare(Boy o1, Boy o2) {
                return o1.getAge()-o2.getAge();
            }
        });

        Set<Boy> treeSet1=Collections.synchronizedSet(treeSet);

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五、Map集合

Map只儲存的是鍵值對，Key必須唯一且不為空,key允許為null。

5.1HashMap

5.1.1基本屬性

5.1.2 測試示例

詞頻統計：

        String[] arr={"Hadoop","Lucene","ES","ES","ES","Hadoop","Java","JS"};
        //TreeMap<String,Integer> map=new TreeMap<>();
        HashMap<String,Integer> map=new HashMap<>();
        for (String str:arr){
            if (map.containsKey(str)){
                map.put(str,map.get(str)+1);
            }else{
                map.put(str,1);
            }
        }

        Set<String> keys=map.keySet();
        Iterator<String> iter=keys.iterator();
        while (iter.hasNext()){
            String str=iter.next();
            System.out.println(str+"---"+map.get(str));
        }

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列印結果：

Java---1
Hadoop---2
JS---1
Lucene---1
ES---3

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如果想按value排序，可以改成TreeMap();

六、效能對比

ArrayList遍歷效能對比

ArrayList的遍歷可以用一般for迴圈、foreach迴圈、Iterator迭代器三種方式實現，為了測試它們的效能，先建立一個ArrayList物件，新增5萬個字串：

ArrayList<String > a = new ArrayList();
for (int i = 0; i < 60000; i++) {
    a.add(""+i);
}

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for 迴圈列印並記錄耗時：

long start = System.currentTimeMillis();

for (int i = 0; i < a.size(); i++) {
     System.out.print(a.get(i));
}

long end = System.currentTimeMillis();

System.out.println("\n下標for迴圈:" + (end - start));

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結果：

150

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foreach迴圈列印並記錄耗時：

 start = System.currentTimeMillis();

 for (String i : a) {
      System.out.print(i);
 }
 end = System.currentTimeMillis();

 System.out.println("\nforeach:" + (end - start));

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耗時：

95

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Iterator迴圈列印：

start=System.currentTimeMillis();
Iterator iter=a.iterator();
while (iter.hasNext()){
     System.out.print(iter.next());
}
end=System.currentTimeMillis();
System.out.println("\nIter:"+(end-start));

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耗時：

60

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結論：一般for 迴圈最慢、foreach次之、Iterator最快。

另外，Iterator遍歷還有另外一種變形方式，效率和while形式一樣。

for(Iterator it=a.iterator();it.hasNext();){
    System.out.print(it.next());
}

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七、參考文章

有些文章總結的很好，列出來供參考學習：
Java集合框架