一文掌握常见常用Java集合框架
掌握常见常用Java集合框架
说到集合框架，下面这张图一定经常会看见
初看这副图，你可能会觉得眼花缭乱，问题不大，本文这就带你去了解这副图。
1.整体感知
从图中可以看出，集合框架主要分为两个类型，Collection和Map , Collection 是一个存储一系列单个对象的容器，Map 是一个图，可以存储 一系列键值对。Collection 有三个子接口 List， Set, Queue
所以集合框架有四种具体的类型：Map, List, Set, Queue
List代表了有序可重复集合，可直接根据元素的索引来访问；Set代表无序不可重复集合，只能根据元素本身来访问；Queue是队列集合；Map代表的是存储键值对(key-value)的集合，可根据元素的key来访问value。
2.顶层接口
Iterator Iterable ListIterator
先来看我们经常用到的 Iterator 接口 和它的子接口 ListIterator
Iterator 有三个主要方法
hasNext() : 检测集合是否还有下一个元素
next() : 返回迭代器的下一个元素，并更新迭代器的游标(类似指针)
remove() : 将迭代器返回的元素删除
下面来通过例子来观察一下
public static void main(String[] args) {List<Integer> list = new ArrayList<>();list.add(89);list.add(39);list.add(29);list.add(19);list.add(29);Iterator<Integer> it = list.iterator(); //获取迭代器while(it.hasNext()){Integer next = it.next();System.out.print(next + " ");}Iterator<Integer> it2 = list.iterator();while(it2.hasNext()){if(it2.next() < 30){it2.remove();}}System.out.println();Iterator<Integer> it3 = list.iterator(); //获取迭代器while(it3.hasNext()){Integer next = it3.next();System.out.print(next + " ");} }输出结果为
89 39 29 19 29 89 39下面解释一下运行的过程，新建一个ArrayList集合，往里面添加了5个元素，第一次获取迭代器，遍历了集合，第二次获取迭代器，把集合里小于30的数删除，第三次再获取迭代器，再次遍历集合，发现小于30的数都被删除掉了。
下面来看一下ListIterator 接口,具体可以参考:Java 集合中关于Iterator 和ListIterator的详解
（1）ListIterator有**add()方法，可以向List中添加对象，而Iterator不能
（2）ListIterator和Iterator都有hasNext()和next()方法，可以实现顺序向后遍历，但是ListIterator有hasPrevious()和previous()**方法，可以实现逆向（顺序向前）遍历。Iterator就不可以。
（3）ListIterator可以定位当前的索引位置，**nextIndex()和previousIndex()**可以实现。Iterator没有此功能。
（4）都可实现删除对象，但是ListIterator可以实现对象的修改，set()方法可以实现。Iierator仅能遍历，不能修改。
最后来看一下Iterable接口
public interface Iterable<T> {Iterator<T> iterator();/*** @since 1.8*/default void forEach(Consumer<? super T> action) {Objects.requireNonNull(action);for (T t : this) {action.accept(t);}}default Spliterator<T> spliterator() {return Spliterators.spliteratorUnknownSize(iterator(), 0);} }可以看到其实里面也提供了Iterator接口，在JDK1.8之后，iterable提供foreach遍历，也就是我们经常用的增强for循环。但究其本质，增强for循环其实底层还是用迭代器遍历。
最后来小结一波
Iterator 是最常用的迭代器接口，主要提供了三个方法供我们去操作集合，hasNext(), next(), remove()。
ListIterator则可以称的上是Iterator的增强版，但它只可以对list集合操作，在Iterator的基础上，它还提供了add()方法，hasPrevious() 和 previous() 供我们后续遍历list集合，它还可以定位一个元素的索引和修改元素。
Iterable则提供了foreach遍历集合的方法。
3.Map集合
Map存储的是键值对<key, value> 形式的值， 每个key对应唯一一个value, 所以Map不可以有重复的key值，但存储重复的key值时，会将后来的 value 值覆盖掉原来的value值。也就是这个原因，作为key值得元素都必须重写hashcode()和equals()方法。
HashMap 和 HashTable
HashMap是最常用的一个实现类，当存入元素时，会将key的hashcode转化为数组的索引放入对应的数组位置，查找时以同样的方式查找。
HashTable一般都用不到了，操作方法和HashMap差不多，但性能比HashMap差，主要是底层实现导致的。HashTable有一个子类叫properties,是一个key和value都是String类型得Map,主要用于读取配置文件。
两者的区别：
- HashTable是线程安全的，HashMap是线程不安全的， HashTable底层实现的时候加了synchronized关键字。
- 底层实现时，HashTable是数组+链表，HashMap是数组+链表+红黑树, 具体是当链表长度大于8时会转为红黑树，因为这样查询效率会比原来快。
- HashMap可以用null作为key，而HashTable不可以
LinkedHashMap
LinkedHashMap是HashMap的子类，它内部有一条双向链表来维护键值对的次序，维护了Map的迭代顺序，与插入顺序一致，具体可以用来实现LRU缓存策略。
TreeMap
TreeMap有排序的功能，底层是数组+红黑树实现的，每一个键值对是一个树节点，默认按key值排序，因此key值必须实现Comparable接口。迭代的时候输出就是按照key值得默认顺序输出。
下面来例子演示一下
public static void main(String[] args) {Map<String, Integer> hashmap = new HashMap<>();hashmap.put("Messi",6);hashmap.put("Ronaldo",5);hashmap.put("Kaka",1);hashmap.put("Modric",1);hashmap.put("Lingard",100);System.out.println("用HashMap: ");Set<Map.Entry<String, Integer>> set1 = hashmap.entrySet();for(Map.Entry<String, Integer> s: set1){System.out.println(s.getKey() +" "+s.getValue());}Map<String, Integer> linkedHashMap = new LinkedHashMap<>();linkedHashMap.put("Messi",6);linkedHashMap.put("Ronaldo",5);linkedHashMap.put("Kaka",1);linkedHashMap.put("Modric",1);linkedHashMap.put("Lingard",100);System.out.println("用LinkedHashMap: ");Set<Map.Entry<String, Integer>> set2 = linkedHashMap.entrySet();for(Map.Entry<String, Integer> s: set2){System.out.println(s.getKey() +" "+s.getValue());}Map<String,Integer> treeMap = new TreeMap<>();treeMap.put("Messi",6);treeMap.put("Ronaldo",5);treeMap.put("Kaka",1);treeMap.put("Modric",1);treeMap.put("Lingard",100);System.out.println("用TreeMap: ");Set<Map.Entry<String, Integer>> set3 = treeMap.entrySet();for(Map.Entry<String, Integer> s: set3) {System.out.println(s.getKey() + " " + s.getValue());} }用HashMap: Ronaldo 5 Lingard 100 Modric 1 Messi 6 Kaka 1 用LinkedHashMap: Messi 6 Ronaldo 5 Kaka 1 Modric 1 Lingard 100 用TreeMap: Kaka 1 Lingard 100 Messi 6 Modric 1 Ronaldo 5用HashMap会使遍历得时候变得无序，每次遍历得时候可能都会不一样，用LinkedHashMap
则严格按照添加顺序输出, 用TreeMap时则会将key值排序在输出。
4.Set集合
Set集合就是存储一系列不重复得元素，和Map有点像，就是少了value。
Set集合和基本上差不多，有几个具体得实现类，
HashSet，是基于HashMap 实现的，
** LinkedHashSet ，是基于LinkedHashMap实现的, **
TreeSet，是基于TreeMap实现的
操作除了没了value值，和Map差不多，存储的元素都要重写hashcode()和equals()方法。
5.List集合
常见的实现有ArrayList, LinkedList, Vector, Stack,
先说一下Vector和Stack， Stack是vector 的子类，它们都是线程安全的，也正是因为这一点，使得它们现在已经过时了。
ArrayList 继承了 AbstractList ，并实现了 List 接口。
ArrayList 新建时默认容量为10，如果快达到了容量，就会有扩容机制将容量扩大到原来的1.5倍，所以如果我们创建ArrayList时知道要存储大小时最好指定一下大小，避免不断扩容而增大开销
LinkedList类似于 ArrayList，底层是用链表实现的,并实现了List, Deque, Cloneable, Serializable
接口，实现了Deque接口，说明Deque可以当作双端队列来使用，也就是说，既可以当作“栈”使用，又可以当作队列使用。
你需要通过循环迭代来访问列表中的某些元素。
需要频繁的在列表开头、中间、末尾等位置进行添加和删除元素操作。
6.Queue集合
主要分为单向队列和双端队列，双端队列就是实现Deque接口，最常见的就是上面所说的LinkedList, 单向队列主要介绍优先队列PriorityQueue。
- 下面先来看JDK为我们提供的双端队列方法
细心的朋友可能会发现，API为每种操作都提供两种方法，那么它们有什么不同呢，调用不同方法操作失败时，结果也会不同。
| 失败结果 | 添加 | 删除 | 查找 |
|---|---|---|---|
| 抛出异常 | add() | remove() | get() |
| False | offer() | poll() | peek() |
实现双端队列的除了LinkedList, 还有ArrayDeque, 两者的区别和LinkedList和ArrayList的区别有点像，都是一个底层是链表，一个是数组。用的不多
最后讲一下单向队列的PriorityQueue
PriorityQueue是基于优先堆实现的，优先队列，顾名思义它可以根据优先级来进行排序
要求添加的元素实现Comparable接口，并不可以存NULL值
下面来个例子演示一下
先定义了一个Player类，实现Comparable接口，并重写了CompareTo方法
public static void main(String[] args) {Queue<Player> players = new PriorityQueue<>();Player p1 = new Player("Ronaldo", 93);Player p2 = new Player("Messi",94);Player p3 = new Player("Neymar",92);Player p4 = new Player("lewandovsiki",91);Player p5 = new Player("Lingard",100);players.add(p1);players.add(p2);players.add(p3);players.add(p4);players.add(p5);while (!players.isEmpty()){Player p = players.poll();System.out.println(p);} }
Player{name='Lingard', ability=100}
Player{name='Messi', ability=94}
Player{name='Ronaldo', ability=93}
Player{name='Neymar', ability=92}
Player{name='lewandovsiki', ability=91}
会发现输出顺序和ability有关，这是因为内部已经根据CompareTo方法排好序了，也就是根据ability为优先级了。
最后献上一个表格来总结一下
| 实现类 | 增删复杂度 | 查复杂度 | 底层数据结构 | 线程安全 |
|---|---|---|---|---|
| Vector | O(N) | O(1) | 数组 | 是（过时） |
| ArrayList | O(N) | O(1) | 数组 | 否 |
| LinkedList | O(1) | O(N) | 双向链表 | 否 |
| HashSet | O(1) | O(1) | 数组+链表+红黑树 | 否 |
| TreeSet | O(logN) | O(logN) | 红黑树 | 否 |
| LinkedHashSet | O(1) | O(1)~O(N) | 数组 + 链表 + 红黑树 | 否 |
| ArrayDeque | O(N) | O(1) | 数组 | 否 |
| PriorityQueue | O(logN) | O(logN) | 堆（数组实现） | 否 |
| HashTable | O(1) / O(N) | O(1) / O(N) | 数组+链表 | 是（过时） |
| HashMap | O(1) ~ O(N) | O(1) ~ O(N) | 数组+链表+红黑树 | 否 |
| TreeMap | O(logN) | O(logN) | 数组+红黑树 | 否 |
| HashTable | O(1) / O(N) | O(1) / O(N) | 数组+链表 | 是（过时） |
| HashMap | O(1) ~ O(N) | O(1) ~ O(N) | 数组+链表+红黑树 | 否 |
| TreeMap | O(logN) | O(logN) | 数组+红黑树 | 否 |
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