在许多应用场合，一组数据的长度不是固定的，比如一个单位的员工数目是变化的，有老员工跳槽，也有新员工进来。

为了使程序能够方便的存储和操纵数目不固定的一组数据，JDK类库提供了Java集合，位于java.util包中。与Java数组不同，Java集合中不能存放基本类型数据，而只能存放对象的引用。

Java集合主要包含4种类型：

• Set(集)：集合中的对象不按特定方式排序，并且没有重复的对象。它的有些实现类能对集合中的对象按特定方式排序 。

• List(列表)：集合中的对象按照索引位置排序，可以有重复的对象，允许按照对象在集合中的索引位置检索对象。这与数组有些相似。

• Queue(队列)：集合中的对象按照先进先出的规则来排列。在队列的末尾添加元素，在队列的头部删除元素，可以有重复对象。双向队列则允许在队列的头部和尾部添加和删除元素。

• Map(映射)：集合中的每个元素包含一对键(Key)对象和值(vlaue)对象，集合中没有重复的键对象，值对象可以重复。它的有些实现类能对集合中的键对象进行排序。

上面说的Set集合与数学中的集合最接近，两者都不允许有重复的元素。Set、List和Queue都是Collection接口的子接口，Map接口没有继承Collection接口。

Collection和Iterator接口

在Collection接口中声明了如下的方法：

Set接口、List接口和Queue接口都继承了Collection接口，因此可以对Set对象、List对象和Queue对象调用以上方法。

Collection接口的Iterator()方法返回一个Iterator对象，不同的集合返回各自实现的Iterator接口实例。Iterator接口中声明了如下方法：

• hasNext()：判断集合中的元素是否遍历完毕，如果没有返回true。
• next()：返回下一个元素。
• remove()：从集合中删除由next()方法返回的当前元素。

当通过Collection集合的iterator()方法得到一个Iterator对象后，如果当前线程或其他线程接着又通过Collection集合的某些方法对集合进行了修改操作(排除当前Iterator对象的remove()方法)，接下来调用这个Iterator对象的next()方法会导致java.util.ConcurrentModificatonException运行时异常。

Iterator对象运用了快速失败机制(fail-fast)，一旦监测到集合已被修改，就会抛出ConcurrentModificationException运行时异常，而不是显示修改后的当前内容，这可以避免潜在的由于共享资源竞争而导致的并发问题。

Set集合

其实Set是最简单的一种集合，内部的元素不按照特定的方式排序，并且没有重复对象。Set接口主要由两个实现类：HashSet类和TreeSet类。

• HashSet

HashSet按照哈希算法来存取集合中的对象，存取速度比较快。HashSet还有一个子类LinkedHashSet类，它不仅实现了哈希算法，还实现了链表数据结构。链表数据结构能提高插入和删除元素的性能。

当向集合中加入一个对象时，HashSet会调用对象的hashCode()方法获得哈希码，然后根据这个哈希码进一步计算出对象在集合中的存放位置。

那hashCode()方法如何计算哈希的呢？在Object类中定义了hashCode()和equals()方法，equals()方法按照内存地址比较两个对象是否相等，同样的hashCode()方法也是按照内存地址进行计算哈希值的。

为了保证能正常工作，要求当两个对象用equals()方法比较结果为true时，它们的哈希码也相等。否则会导致HashSet无法正常工作，因为两个对象的哈希码不一样，HashSet计算出不同的位置，两个对象会存在不同位置，不会发生equals判断。

反过来，两个对象的equals方法比较不相等，却并不要求两个对象的哈希码也不相等。不过尽量保证用有不同的哈希码，可以减少哈希冲突，提高hashSet的性能。

• TreeSet

TreeSet实现了SortedSet接口，具有排序功能。下面代码演示了这一功能：

Set set=new TreeSet<>();

set.add(8);

set.add(7);

set.add(6);

set.add(9);

for(int i:set)

System.out.print(i+" ");

那么TreeSet是如何对对象进行排序的呢？TreeSet支持两种排序方式：自然排序和客户化排序，默认情况下TreeSet采用自然排序方式。

• 自然排序

使用自然排序时，向TreeSet集合中加入的对象的类必须实现了Comparable接口。在JDK中有一部分类实现了Comparable接口，如Integer、Double和String等。

Comparable接口有一个compareTo(Object o)的方法，返回整型。对于表达式x.compareTo(y)，如果返回值为0，表示x和y相等；如果返回值大于0，表示x大于y；如果返回值小于0，表示x小于y。

• 客户化排序

使用客户化排序时，向TreeSet集合中加入的对象的类必须实现了java.util.Comparator接口或Comparable接口，两个接口的作用是相同的，只是前者必须指定被比较对象类型。

如果加入的对象的类没有实现Comparable/Comparator接口，会抛出异常“该类 cannot be cast to java.lang.Comparable”：

public class Demo {

public static void main(String[] args) {

Set set=new TreeSet<>();

set.add(new A(8));

set.add(new A(7));

set.add(new A(6));

set.add(new A(9));

for(A a:set)

System.out.print(a.num+" ");

}

}

class A{

public int num;

public A(int num){

this.num=num;

}

}

值得注意的是对于已经存在于TreeSet中的对象，修改其中会引起compareTo()方法返回值改变的属性后，TreeSet不会对集合进行排序。例如如下代码：

class A implements Comparable{

public int num;

public A(int num){

this.num=num;

}

@Override

public int compareTo(Object o) {

A b=(A)o;

if(this.num>b.num){

return 1;

}else if(this.num

return -1;

}else{

return 0;

}

}

}

public static void main(String[] args) {

Set set=new TreeSet<>();

A a1=new A(8);

set.add(a1);

set.add(new A(7));

set.add(new A(6));

set.add(new A(9));

System.out.print("排序后的结果：");

for(A a:set)

System.out.print(a.num+" ");

a1.num=100;

System.out.print("修改一个元素的属性后的结果：");

for(A a:set)

System.out.print(a.num+" "); //不会改变已经排好的顺序

set.add(new A(99));

System.out.print("再新增元素后的结果：");

for(A a:set)

System.out.print(a.num+" ");

}

可见TreeSet修改了元素的某个属性后，TreeSet不会重新排序。最适合TreeSet排序的是不可变类(即创建对象后，它们属性不能被修改)。

List(列表)

List的特征是其元素按照线性方式存储(即除了第一个和最后一个数据元素之外，其它数据元素都是首尾相接的)，集合中允许存放重复对象。主要的实现类：

ArrayList:

代表长度可变的数组。允许对元素进行快速的随机访问，但是向其中插入和删除元素的速度较慢。实现了RandomAccess接口，RandomAccess接口仅仅是标识该类具有良好的快速随机访问的性能。

LinkedList:

在实现中采用链表数据结构。对顺序访问做了优化，向List中插入和删除元素的速度较快，随机访问则相对较慢。LinkedList独有addFirst()、addLast()、getFirst()、getLast()、removeFirst()和removeLast()方法，这些方式可以将其作为堆栈、队列和双向队列使用。

• 访问列表的元素

客户程序可以按照对象在集合中的索引位置来检索对象，如下代码：

List list=new ArrayList<>();

list.add(3);

list.add(4);

list.add(3);

list.add(2);

for(int i=0;i

System.out.print(list.get(i)+" ");

List的iterator()方法和Set的一样，也能返回Iterator对象，例如：

Iterator it=list.iterator();

while(it.hasNext()){

System.out.print(it.next()+" ");

}

同样也可以用foreach，例如：

for(Integer i:list){

System.out.print(i+" ");

}

• 为列表排序

List只能对加入其中的对象按照索引位置(即元素在List中的位置)进行排序，如果希望对List中的对象按照客户指定的方式排序，可以借助Comparator接口和Collections类。Collections类是Java集合类库中的辅助类，它提供的sort()静态方法用于对List中的对象进行排序：

1. sort(List list)：对list中的对象进行自然排序
2. sort(List list,Comparator comparator)：对List中的对象进行客户化排序，comparator参数指定排序方式。

List list=new ArrayList<>();

list.add(3);

list.add(4);

list.add(3);

list.add(2);

Collections.sort(list);

for(Integer i:list)

System.out.print(i+" ");

• ListIterator接口

List的listIterator()方法返回一个ListIterator对象，ListIterator接口继承了Iterator接口，此外还提供了专门操纵列表的方法：

1. add()：向列表中插入一个元素
2. hasNext()：判断列表中是否还有下一个元素
3. hasPrevious()：判断列表中是否还有上一个元素
4. next()：返回列表中的下一个元素
5. previous()：返回列表的上一个元素

• 获得固定长度的List对象

java.util.Arrays类的asList()方法能够把一个Java数组包装为一个List对象，这个List对象代表固定长度的数组。所有对List对象的操作都会被作用到包装前的Java数组。看Arrays类的源码可以知道返回的List对象其实是Arrays类自定义的一个List集合实现类

由于数组的长度不能改变，因此调用该List对象的add()和remove()方法，会抛出java.lang.UnsupportedOperationException运行时异常：

• 比较Java数组和各种List实现类的性能

除了ArrayList、LinkedList外，在JDK1.0时候有个Vector类，在JDK2.0时候也把其改为实现了List接口。可以写一个程序分别对数组、ArrayList、LinkedList和Vector进行随机访问、遍历操作和增删操作，比较这几种集合的性能，可以得出类似下图的表格：

可以看出，对Java数组进行随机访问和遍历操作具有最快速度；对LinkedList进行插入和删除操作具有最快的速度；对ArrayList进行随机访问也具有较快的速度。Vector类在各方面都没有突出的性能，属于历史集合类，已经不建议使用。

Queue(队列)

火车站售票大厅排队等待购票的现象就是队列的表现，后加入的人排在队列的末尾，排在队列头部的人优先购票后离开队列。Java中，java.util.Queue接口表示队列，特点是向末尾添加元素，从队列头部删除元素，队列中允许有重复元素。

• 向Queue加入元素的方法

1. boolean add(E e) ，向队列末尾添加元素，如果队列已满，会抛出IllegalStateException
2. boolean offer(E e) ，向队列末尾添加元素，如果队列已满，会返回false

• 从Queue中删除元素的方法

1. E remove()，删除头部的元素，如果队列为空，抛出NoSuchElementException
2. E poll()，删除头部的元素，如果队列为空，返回null

• 从Queue中获取元素

1. E element()，返回队列头部的元素，不删除它。如果队列为空，抛出NoSuchElementException
2. E peek()，返回队列头部的元素，不删除它。如果队列为空，返回null

Deque(双向队列)

Deque接口是Queue接口的子接口，特点是在队列的头部或尾部都可以添加或删除元素。LinkedList类就实现了Deque接口。

• 向Deque头部或尾部添加元素

1. void addFirst(E e)
2. void addLast(E e)
3. void offerFirst(E e)
4. void offerLast(E e)

如果队列已满，前两个方法抛出IllegalStateException，而后两个方法返回false。

• 从Deque头部或尾部删除元素

1. E removeFirst()
2. E removeLast()
3. E pollFirst()
4. E pollLast()

如果队列为空，前两个方法抛出NoSuchElementException，后两个方法返回null。

• 从Deque头部或尾部获取元素

E getFirst()

E getLast()

E peekFirst()

E peekLast()

如果队列为空，前两个方法抛出NoSuchElementException，后两个方法返回null。

PriorityQueue(优先级队列)

它会按照排序的方式对对了中元素进行排序和检索。因此加入到PriorityQueue中的对象必须实现Comparable接口。

值的注意的是，优先级队列使用Iterator遍历时，输出结果没有进行排序，而调用针对队列首尾的方法会进行排序。

Map(映射)

Map是一种把键对象和值对象进行映射的集合，它的每一个元素都包含一对键对象和值对象，而且值对象仍可以是Map类型，依此类推，可以形成多级映射。

向Map集合中加入元素时，必须提供一对键对象和值对象，从Map集合中检索对象时，只要给出键对象，就会返回对应的值对象。

Map集合中的键对象不允许重复，也就是说，任意两个键对象通过equals()方法比较的结果都是false。对于值对象则没有唯一性的要求。因此，可以将任意多个键对象映射到同一个值对象上：

Map map=new HashMap<>();

map.put("1