前言

因为去广州面试，已经好几天没有更新了，准备从这篇文章开始来回顾一下我所学的Java容器知识，首先对他们有一个大概的了解然后逐步深入源码来进行相关的分析。

为什么需要有容器

不止Java中有自己的容器，其它开发语言也大都有自己实现的相关容器或者说集合。

在Java中，变量可以有基本数据类型，对象，以及数组

但随着越来越复杂的业务的出现，这些简单的数据类型已经不能满足业务的需求了，这时我们就需要更为复杂的数据结构来支撑我们的业务实现并简化开发人员的开发难度。

举个最简单的例子，上面的 arr 数组长度为5，但是当我们现在需要往其中放置大于5个的元素呢？这时候就需要我们重新创建一个数组并将原数组一个一个复制过去，对于开发人员来说是相当浪费时间的事，甚至一个不注意还可能出现数组越界的糟糕情况产生导致程序崩溃。所以ArrayList的存在就是解决这种问题的，当然不局限于此。

我们如果是更复杂的数据结构呢？别担心，Java还帮我们实现了诸如HashMap的key-value等等复杂的数据结构。

容器是什么

容器主要包括 Collection 和 Map 两种，Collection 存储着对象的集合，而 Map 存储着键值对(key-value)的映射表。

容器，就是可以容纳其他Java对象的对象。Java Collections Framework(JCF)为Java开发者提供了通用的容器，其始于JDK 1.2，优点是：

降低编程难度

提高程序性能

提高API间的互操作性

降低学习难度

降低设计和实现相关API的难度

增加程序的重用性

Java容器里只能放对象，对于基本类型(int, long, float, double等)，需要将其包装成对象类型后(Integer, Long, Float, Double等)才能放到容器里。很多时候拆包装和解包装能够自动完成。这虽然会导致额外的性能和空间开销，但简化了设计和编程，使开发者能够直接使用一些复杂的数据结构而不需要自己实现。

Java容器能够容纳任何类型的对象，这一点表面上是通过泛型机制完成，Java泛型不是什么神奇的东西，只是编译器为我们提供的一个“语法糖”，泛型本身并不需要Java虚拟机的支持，只需要在编译阶段做一下简单的字符串替换即可。实质上Java的单继承机制才是保证这一特性的根本，因为所有的对象都是Object的子类，容器里只要能够存放Object对象就行了。 事实上，所有容器的内部存放的都是Object对象，泛型机制只是简化了编程，由编译器自动帮我们完成了强制类型转换而已。JDK 1.4以及之前版本不支持泛型，类型转换需要显式完成。

Map

HashMap：基于哈希表实现。

HashTable：和 HashMap 类似，但它是线程安全的，这意味着同一时刻多个线程可以同时写入 HashTable 并且不会导致数据不一致。它是遗留类，不应该去使用它。现在可以使用 ConcurrentHashMap 来支持线程安全，并且 ConcurrentHashMap 的效率会更高，因为 ConcurrentHashMap 引入了分段锁。

LinkedHashMap：使用双向链表来维护元素的顺序，顺序为插入顺序或者最近最少使用(LRU)顺序。

TreeMap：基于红黑树实现，是有序的。

Collection

1. Set

TreeSet：基于红黑树实现，支持有序性操作，例如根据一个范围查找元素的操作。但是查找效率不如 HashSet，HashSet 查找的时间复杂度为 O(1)，TreeSet 则为 O(logN)。

HashSet：基于哈希表实现，支持快速查找，但不支持有序性操作。并且失去了元素的插入顺序信息，也就是说使用 Iterator 遍历 HashSet 得到的结果是不确定的。

LinkedHashSet：具有 HashSet 的查找效率，且内部使用双向链表维护元素的插入顺序。

2. List

ArrayList：基于动态数组实现，支持随机访问。

Vector：和 ArrayList 类似，但它是线程安全的。

LinkedList：基于双向链表实现，只能顺序访问，但是可以快速地在链表中间插入和删除元素。不仅如此，LinkedList 还可以用作栈、队列和双向队列。

3. Queue

LinkedList：可以用它来实现双向队列。

PriorityQueue：基于堆结构实现，可以用它来实现优先队列。

各个Java容器适用的场景

List

可用于数据出现重复的场景，与普通类型的数组类似

ArrayList：底层实现为数组，读取元素时间复杂度为O(1)，适用于读多的场景

LinkedList：底层实现为链表，头尾操作及插入指定位置简单，适用于数据改变较多的场景

Vector：线程安全的ArrayList

Set

数据不重复的集合，可用于去重

HashSet：适用于对排序无要求的场景，且其get元素时间复杂度为O(1)

TreeSet：适用于要排序的场景

Map

是key-value类型的键值对，可用于需要数据匹配的场景，如学生学号对应学生类实体

HashMap：key-value存取。

ConcurrentHashMap：HashMap在并发环境中会出现线程不安全问题，需要使用ConcurrentHashMap来保证线程安全。

TreeMap：适用于需要排序的key-value数据类型的场景。

小结

容器的简单介绍到这里就结束了，细心的话你可能会发现，这些容器与我们学习的数据结构有些相似之处，其实他们的底层原理就是对相应的数据结构进行了组合与封装，抽象出一套api供开发者使用。之后我会选取几个常用的比较重要的容器进行更加深入的分析，Java中的容器没有好用与不好用之分，只有理解容器的底层的实现原理，才能更好地使用他们，并将他们用在合适的场景，发挥出最大的用处。