一文快速瞭解Java集合框架
阿新 • • 發佈：2019-05-31
1. 簡介
JDK1.2 引入了 Java 集合框架，包含一組資料結構。與陣列不同，這些資料結構的儲存空間會隨著元素新增動態增加。其中，一些支援新增重複元素另一些不支援，一些支援 null，一些能自動升序列印元素。
所有這些資料結構在 java.util 包裡，包含了 Collection、List、Set、Map、SortedMap 介面。這些介面的實現類有 LinkedList、TreeSet、ArrayList、HashMap 等。除了這些資料結構，java.util 包還提供了 Date、GregorianCalender、StringTokenizer、Random 這樣的工具類。
2. 分類
可以按照介面、實現、演算法三個方面對集合框架中的資料結構進行分類：
- 介面：Collection、List、Map 組成了集合框架中所有具體實現類的介面，它們定義了子類必須實現的方法，非常好記。比如向集合新增元素，會用到 Collection 中定義的 add() 方法
- 實現：所有實現了上述3個介面的類，都被稱作集合框架，實際上就是資料結構。比如 LinkedList、TreeSet 等
- 演算法：集合框架提供了很多可以直接呼叫的演算法，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體的可用性：不需要每個程式設計師動手實現排序、查詢、找出元素在資料結構中出現的次數
- 執行速度更快更持久：集合框架的底層資料結構分為兩類，基於節點的和基於陣列的，前者在頻繁新增時效率更高，後者在頻繁讀取時速度更快。一些資料結構是 synchronized 執行緒安全的，但會影響速度有，另一些則不是執行緒安全的。程式設計師在選用資料結構前要清楚地瞭解這些因素
- 互操作與轉換：由於實現了 Collection 介面，資料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，還可以在把基於連結串列的資料結構轉為基於陣列的結構
有以下2個缺點
- 當心型別轉換：在集合框架類之間進行轉換時要大大地小心，尤其要考慮泛型型別的相容性
- 執行時型別檢查：集合框架在執行時會丟擲異常，需要程式設計時多加註意
4. 繼承體系
java.util 中的資料結構繼承體系分為兩大類，一類實現了 Collection 介面，一類實現了 Map 介面。
集合框架核心介面及實現類：
- Collection：根介面，大部分資料結構都實現了 Collection 介面中的方法
- Set：實現 Set 介面的資料結構不允許重複的元素，例如 HashSet、LinkedHashSet
- SortedSet：實現 SortedSet 介面的資料結構預設可按升序列印元素，例如 TreeSet
- List：實現 List 介面的資料結構允許重複元素，可通過 index 訪問元素，例如 LinkedList、ArrayList、Vector
- Map：實現 Map 介面的資料結構儲存鍵值對，不允許重複的 key，例如 HashMap、LinkedHashMap、Hashtable
- SortedMap：繼承了 Map 介面，儲存鍵值對，不允許重複的 key，預設可按 key 升序列印元素，例如 TreeMap
SortedSet 與 SortedMap 預設的排序是自然序，可通過 Comparator 或 Comparable 介面實現自定義排序。
在介面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 介面，不允許重複的元素，底層資料結構 hash table
- LinkedHashSet：實現 Set 介面，不允許重複的元素，底層資料結構 hash table 與雙鏈表
- TreeSet：實現 NavigableSet 介面，不允許重複的元素，底層資料結構紅黑樹
- ArrayList：實現 List 介面，允許重複元素，底層資料結構可變陣列
- LinkedList：實現 List 介面，允許重複元素，底層資料結構雙鏈表
- Vector：實現 List 介面，允許重複元素，底層資料結構可變陣列
- HashMap：實現 Map 介面，不允許重複的 key，底層資料結構 hash table
- LinkedHashMap：實現 Map 介面，不允許重複的 key，底層資料結構 hash table 與雙鏈表
- HashTable：實現 Map 介面，不允許重複的 key，底層資料結構 hash table
- TreeMap：實現 SortedMap 介面，不允許重複的 key，底層資料結構紅黑樹