本系列不适合初学者，读者应具备一定的Java基础。
本系列依据Java11编写

内容简介：

从本集开始，会进入Java Collections Framework的介绍，这部分所涉及的容器对象是和我们日常编码最相关的。本集作为开篇，刨根问底的内容并没有太多。内容主要包括：

1.Java中的集合介绍
- 1.1.集合与数组
- 1.2.已过时的接口
- 1.3.Collection接口的继承结构
2.Java中的List浅谈
- 2.1.ArrayList与LinkedList性能对比
- 2.2.小结

3.下集预告

1.Java中的集合介绍

集合是用于在内存中存储数据的数据结构。

1998年，java在1.2版本中加入了Collections Framework，是jdk中使用最广泛的API。至今经历了两次重大的重写，分别是在java5中添加泛型的时候和在java8中引入lambda表达式的时候。

Java中的Collections Framework由接口和实现两部分组成，每种接口都对应了一种存储特定数据类型的方式。接口可分为两类：collections和maps，前者既可以存储对象又可以遍历这些对象，而后者存储的是一组key/value对。

1.1.集合与数组

相比数组，集合有以下优势：

集合持续关注内部元素的数量，无需预先定义容量；
集合的容量可以看作是无限的；
集合可以过滤存入的元素，例如可以避免存入null；
集合提供接口可以判断一个元素是否存在；
集合中提供与另一个集合之间的插入、合并等操作。

总的来说，相比数组，集合是一个可扩展的对象，除了JDK自带的能力外，还可以自己扩展新的能力。

1.2.已过时的接口

以下存在于Collections Framework中的接口是已经过时的，应避免使用这些接口：

Vector和Stack：在非并发环境下，用ArrayList替换Vector，用ArrayDeque替换Stack。
Enumeration：Vector使用Enumeration来处理对象的迭代，这个接口目前也不应该再使用了，与迭代有关的应使用Iterator接口。
HashTable：非并发环境下使用HashMap替换，并发环境下使用ConcurrentHashMap替换。

1.3.Collection接口继承结构

如下图所示：

1.3.1.Iterable接口

这个接口本质上不属于Collections Framework，这个接口是2004年加入到Java5版本中的。实现这个接口就说明该对象可以被迭代（遍历）。Java5中的for each就是通过Iterable接口实现的，如下所示：

1.3.2.Collection接口

这个接口封装了List和Set的一些通用能力：

涉及元素的能力有：
- 添加删除元素；
- 检查元素是否存在；
- 查看元素个数，查看集合是否为空；
- 清空元素。
涉及集合的能力有：
- 测试一个集合是否包含在另一个集合内；
- 取两个集合的并集；
- 取两个集合的交集；
- 取两个集合的补集；
涉及遍历元素的能力有：
- 通过迭代器对集合中的元素进行遍历；
- 通过Stream的方式进行遍历，这种方式可以并行执行。

1.3.3.List接口

List接口在Collection接口的基础上，增加了按照元素的添加顺序排序的能力。有了这个能力后，每次对一个List中的元素进行遍历，结果都是一样的——先输出第一个元素，然后是第二个，以此类推。

排序后出现的另一个能力，是可以根据index编号来访问对应位置的元素。

于是，List在Collection接口的基础上又添加了以下一些能力：

根据index编号获取元素或者删除元素；
在集合中的特定位置插入或者替换元素；
根据两个index编号获取一个范围内的子集。

1.3.4.Set接口

与List接口不同，Set中元素的访问顺序是无法得到保证的。

Set接口在Collection接口的技术上，增加了元素不能有重复的这一限制条件。

在JDK的Set实现中，并没有一个实现是既可以去重又可以按照index编号访问元素的。

在接口方法上，Set仅仅是在方法的具体实现上有要求，但在能力上并没有扩展Collectioin接口。

1.3.5.SortedSet和NavigableSet

Set接口有两个扩展，分别是：SortedSet和NavigableSet。

SortedSet的能力是可以根据升序对元素进行排序，这个能力需要元素实现Comparable接口的的compareTo()方法，另一个方法是为SortedSet指定一个Comparator（比较器），用来执行比较。当然，可以同时使用这两个方法。

与List接口相比，SortedSet的能力是为元素排序，而List仅仅是保证元素的有序。

SortedSet接口扩展了一些能力，包括：

可以获得集合中最低或最大的元素；
可以根据一个元素，获得比该元素小或者大的一个子集。

遍历时，SortedSet从最低到最高遍历元素。

NavigableSet和SortedSet的行为是一致的，只是增加了一些有用的方法，可以降序的遍历元素。

2.Java中的List浅谈

JDK中的List接口有两个实现：ArrayList和LinkedList，前者建立在一个内置的数组的基础上，后者则基于一个双向链表。

绝大多数情况下，ArrayList都是最好的选择。ArrayList遍历元素和随机获取元素的速度要远远快于LinkedList。不过，因为双向链表的原因，LinkedList在获取第一个元素和最后一个元素的速度要快于ArrayList，当需要LIFO（后进先出）的栈或者FIFO（先进先出）的队列时，可以考虑使用LinkedList。

2.1.ArrayList与LinkedList性能对比

2.1.1.Add方法对比

测试代码如下：

public static void main(String[] args) {int count = 50000000;List<String> list = initList(count, ArrayList.class);// List<String> list = initList(count, LinkedList.class);
}


private static List<String> initList(int count, Class<? extends List> listClass) {long begin = System.currentTimeMillis();
List<String> list;if (listClass == ArrayList.class) {list = new ArrayList<>();} else if (listClass == LinkedList.class) {list = new LinkedList<>();} else {throw new IllegalArgumentException();}
for (int i = 0; i < count; i++) {list.add("element" + i);}
timer(begin, System.currentTimeMillis());return list;
}

private static void timer(long begin, long end) {System.out.println("cost: " + (end - begin) + "ms");
}

这段代码做的事情很简单，就是用ArrayList或者LinkedList创建一个List集合，然后向其中放入5千万条记录，对比二者花费的时间。

首先是ArrayList：

接着是LinkedList：

可以看到，经过更多次的GC后，LinkedList花费了11274ms，而ArrayList的GC次数不但少很多，而且只用了3508ms。可见，相比ArrayList，LinkedList的增加元素不仅慢，而且更加耗费内存。

ArrayList胜！

2.2.2.遍历对比

在上一个例子初始化后，通过循环的方式遍历每一个元素，比较二者在时间上的花费。

public static void main(String[] args) {int count = 50000000;List<String> list = initList(count, ArrayList.class);//List<String> list = initList(count, LinkedList.class);
iterateList(list);
}

private static void iterateList(List<String> list) {long begin = System.currentTimeMillis();for (String ele : list) {;}timer(begin, System.currentTimeMillis());
}

ArrayList花费357ms。

LinkedList花费1239ms。

ArrayList再一次胜出！

2.2.3.随机读对比

这次我们每一种List都获取第一个元素、中间的元素和最后一个元素。

public static void main(String[] args) {int count = 50000000;List<String> list = initList(count, ArrayList.class);//List<String> list = initList(count, LinkedList.class);
randomRead(list, 0);randomRead(list, count / 2);randomRead(list, count);
}private static void randomRead(List<String> list, int position) {long begin = System.currentTimeMillis();list.get(position);timer(begin, System.currentTimeMillis());
}

ArrayList：0ms 0ms 0ms

LinkedList：0ms 704ms 0ms

ArrayList依然是最佳选择！

2.2.4.插入对比

在第一个位置和最后一个位置插入新元素，对比两个List花费的时间。

public static void main(String[] args) {int count = 50000000;List<String> list = initList(count, ArrayList.class);//List<String> list = initList(count, LinkedList.class);insertAt(list, 0);insertAt(list, count);
}

private static void insertAt(List<String> list, int position) {long begin = System.currentTimeMillis();list.add(position, "new");timer(begin, System.currentTimeMillis());
}

ArrayList：91ms 0ms

LinkedList：0ms 0ms

啊哦。。。ArrayList战败了！

这是因为向ArrayList中添加元素时，底层的数组需要拷贝，插入的位置越靠前，拷贝的数据量就越大（下一集我们通过源码继续来分析）。而LinkedList只需要维护当前元素与相邻元素的引用关系就可以了。

2.3.小结

如果没有功能上的特殊要求，就用ArrayList行了，当出现性能问题的时候，再考虑下是适合用LinkedList替换。

3.再谈Java中的List

这部分留到下一次再说。下次会从ArrayList和LinkedList的源码分析，再来讨论下二者在使用过程中需要注意的点。敬请期待！

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