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Java 集合介绍,常用集合类--中享思途

JAVA 集合
在处理 数据的过程中经常会需要一个容器来存储某一类型的数据,Java 中的数 组就是这样一种容器。但 Java 中的数组有其局限性,定义后 的数组长度不可变,超出数 组长度后就不能再存放数据了。而很多 时候我们并不知道数据到底有多少,所以就 需要有不定长的容器来存放数据,这就是集合,Java 中的集 合都采用了泛型实现,可以存 入任何类型的对象数据。Java 中的数组:

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Java 中的集 合主要分为四类:
List 列表,有序,可重复Queue 队列,有序,可重复Set 集合,不可重复Map 映射,无序,键唯一,值不唯 一每种集合类型下都包含多个具体的实现类,如:

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1. List 列表,有序、可重复
常用的 List 实现类有:ArrayList、LinkedList、Vector、Stack。
1.1 ArrayList 列表
ArrayList 数组列表,有序,可重复,内部是通过 Array 实现。初始化对象时,如果没有传大小,则列表的大小为 DEFAULT_CAPACITY 的默认值 10。当列表容量不够时,继续往 列表中追加元素,则通过数组拷贝,对原数组进行扩容,扩容的方式为 "int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1)",即新数组容量 newCapacity 为 10 + 10/2 = 15。如果一 次性追加多个元素时比如 6 ,时候列表最小容量 minCapacity 需要 10 + 6 = 16,新的容量 newCapacity 小于最小容量 minCapacity 则新数 组容量取最小容量值 newCapacity = minCapacity。
对数组列表进行插入、删除操 作时都需要对数组进行拷贝并重排序。所以如 果能知道大概存储多少数据时,尽量初始化初始容量,提升性能。

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1.2 LinkedList 双向链表
LinkedList 是双向链表,也即每 个元素都有指向前后元素的指针。既然是 链表那么顺序读取的效率非常高,而随机 读取的效率较低。当随机获取一个 index 位元素时,链表先比较 index 和链表长度 1/2 的大小,小于时 从链表头部查找元素,大于时 就从链表尾部查找元素。

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对比 ArrayList 如果随 机读取数据较多时使用 ArrayList 性能高,插入删除较多时使用 LinkedList 性能高。
1.3 Vector 向量,线程安全的列表
与 ArrayList 一样也 是通过数组实现的,不同的是 Vector 是线程安全的,也即同 一时间下只能有一个线程访问 Vector,线程安 全的同时带来了性能的耗损,所以一般都使用 ArrayList。Vector 的扩容也与 ArrayList 不同,可以设置扩容值,默认每 次扩容原来的一倍。

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1.4 Stack 栈,后进先出(LIFO)
Stack 继承自 Vector 所以也是数组实现的,线程安全的栈。因为 Stack 继承自 Vector 所以就拥有 Vector 中定义的方法,但作为栈数据类型,不建议使用 Vector 中与栈无关的方法,尽量只用 Stack 中的定 义的栈相关方法,这样不 会破坏栈数据类型。

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1.5 ArrayQueue 数组队列,先进后出(FIFO)
ArrayQueue 是数组实现的队列,从队尾加入数据,只能队头删除数据,可随机读取队列数据。

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2. Queue 队列,有序、可重复
继承自 Queue 的队列有:ArrayDeque、LinkedList、PriorityQueue。
2.1 ArrayDeque 数组实现的双端队列
ArrayDeque 是队列,但也可以作为栈使用,而且对比 Stack 更高效。作为双 端队列那就可以在队列两端插入和删除元素。当追加 元素超过容量限制时,则创建 一个两边容量的新数组,并将原 数组的内容拷贝到新数组中。

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2.2 LinkedList 队列也是双向链表
上文 1.2 中已经提过,这里就不赘述了。推荐使用 ArrayDeque。
2.3 PriorityQueue 优先队列,数组实现的二叉树
PriorityQueue 是一个 完全二叉树实现的小顶堆(任意一 个非叶子节点的权值,都不大 于其左右子节点的权值)。

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3. Map 映射/字典,无序,键值对,键唯一
常用的 Map 实现有:HashMap、TreeMap、LinkedHashMap
3.1 HashMap 哈希映射/字典
HashMap就是key->value的键值对数据,key是唯一的,而且key和value都可以为null。HashMap和HashTable相似,HashTable实现了线程同步,在 "Object超类解析" 章节中简单介绍过HashTable的数据存储方式。HashMap 是个无序的字典,遍历时 不保证元素顺序。HashMap创建时 默认会设置初始容量大小(默认16),和装载因子(默认0.75,扩充容量的阀值),装载因子=已存入元素个数/总容量大小。当然这 两个值也可以手动设置。
HashMap的数据 存储结构如下图:

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HashMap当插入一个数据时,先对key值做hash,用得到 的值与容器的大小n减1做&运算得到桶的位置,即:i = (n - 1) & hash,i就是桶的位置。在桶中查找有无元素,没有直接插入,有则比较元素key值是否相同,相同用新值替换。
桶的位 置计算为什么是 (n - 1) & hash?先看hash值的计算:

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hash() 函数对 key 取值后返回一个整数。又因为 HashMap 的容量 n 大小始终为 2 的幂(默认为 16),那么 n - 1 的二进 制始终是最高位为 1,其它位为 0 的数,如:10...0,这个数与整数做 & 运算就得到 hash / n 的余数,余数的取值范围在 0 ~ n-1,很巧妙的设计。相关源码,这里截取了部分:

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3.2 TreeMap 红黑树实现的 key->value 容器,可排序
红黑树 是一种自平衡二叉查找树,具体查看资料。
3.3 LinkedHashMap 链表映射/字典
LinkedHashMap 继承自 HashMap 所以具有 HashMap 的所有特性。同时又 实现了双向链表的特性,保留了元素插入顺序。

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4. Set 集合,不可重复
常用的 Set 实现有:HashSet、LinkedHashSet、TreeSet、EnumSet。
4.1 HashSet 哈希集合
HashSet是基于HashMap实现的集合,对HashMap做了一些封装。数据结构如图:

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与HashMap不同的 是元素的保存为链表形式,插入数 据时遍历链表查看是否有相同数据,有则返回false,没有返回true。

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4.2 LinkedHashSet 链表集合
继承自 HashSet 与 LinkedHashMap 相似,是对 LinkedHashMap 的封装。
4.3 TreeSet 红黑树集合
与 TreeMap 相似。是对 TreeMap 的封装。
本文只是对 Java 中的集 合类做了个简单介绍,详细设 计请查看源码了解详情。

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