Java集合基础知识

1、为什么要使用集合

要谈编程语言引入集合的原因，就不得不谈到集合与数组的差别：

（1）长度：数组是固定长度；集合是可变长度。
（2）元素性质：数组的元素可以是原生数据类型，也可以是引用类型；集合的元素只能是引用类型，原生数据类型必须装箱（jdk5.0之后有自动装箱和拆箱功能）之后才能放入集合之中。
（3）元素类型：数据在定义之初就确定了存储数据的类型，因此也只能存储单一一种数据类型；集合则可以存储不同的数据类型，虽然在实际应用中通常也只用于存储同一类型的数据。

2、集合的继承体系结构

Java中的集合主要集中在两部分—— java.util包和java.util.concurrent中。其中，后者是在前者的基础上，定义了一些实现了同步功能的集合。这里主要关注java.util包中的集合，可以简单地划分为三类：List、Set和Map。对应的UML图如下：

常用的ArrayList、LinkedList、Vector、HashSet、TreeSet都是Collection接口的具体实现类；而HashMap、TreeMap、Hashtable都是Map接口的实现类。因此，我们要讲集合，必须从Collection接口和Map接口入手。

 

3、Collection接口

Collection接口定义了集合常见的操作：

添加元素：add/addAll
删除元素：clear\remove/removeAll
判断是否包含某元素：contains/containsAll
判断集合是否为空：isEmpty
计算集合中元素的个数：size
将集合转换为数组：toArray
获取迭代器：iterator

 
集合的遍历是实际开发过程中常见的需求。这里我们以Collection的具体实现类ArrayList为例，介绍集合的三种遍历方法，并在集合遍历的基础上将上述主要的集合操作方法进行演示。具体如下：

package test;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;

public class CollectionTest
{
public static void main(String[] args)
{
//创建集合对象
Collection<String> list = new ArrayList<String>();

//添加元素
list.add("string1");
list.add("string2");
list.add("string3");
list.add("string4");
list.add("string5");

//方法一：用增强的for循环遍历集合
for(String element :list)
{
System.out.println(element);
}

//删除元素
list.remove("string5");

System.out.println("--------------------");

//判断集合中是否包含“string5”
System.out.println(list.contains("string5"));
//判断集合是否为空
System.out.println(list.isEmpty());

//计算集合中的元素个数
int number = list.size();
System.out.println(number);

System.out.println("--------------------");

//方法二：数组遍历法，将集合转化为数组，基于数组遍历集合
//首先，将集合转化为数组
Object[] array = list.toArray();
//然后，用普通的for循环遍历集合（当然也可以用增强的for循环）
for(Object element : array)
{
System.out.println(element);
}

System.out.println("--------------------");

//方法三：采用迭代器遍历数组
for(Iterator<String> iterator = list.iterator(); iterator.hasNext();)
{
String string = iterator.next();
System.out.println(string);
}
}
}

4、List子接口

ArrayList、LinkedList、Vector等具体类并不直接实现Collection接口，而是实现Collection的子接口List。List子接口定义了Collection所不具备的功能，其特点是有序、可重复。List的特有功能包括：

在指定位置添加元素：add
 删除索引元素： remove
获取制定位置的元素：get
修改元素：set
获取迭代器：ListIterator

具体实现类及其特点简单概括如下：
（1）ArrayList：底层数据结构是数组，查询快，增删慢；
（2）Vector ：底层数据结构是数组，查询快，增删慢，线程安全，效率低；
（3）LinkedList：底层数据结构是链表，查询慢，增删快，线程不安全，效率高。
 

5、Set子接口

同样，HashSet、TreeSet等具体类也并不直接实现Collection接口，而是实现Collection的子接口Set。Set子接口定义了Collection所不具备的功能，其特点是无序、唯一。
Set的具体实现类及其特点简单概括如下：
（1）HashSet：底层数据结构是哈希表；依赖hashCode()和equals()两个方法；
（2）LinkedHashSet：底层数据结构是链表和哈希表，由链表保证元素有序，由哈希表保证元素唯一；
（3）TreeSet：底层数据结构是红黑树，保证元素排序的方式自然排序、比较器排序，根据比较的返回值是否是0来决定元素的唯一性。
 

6、Map接口

Map存储的是键值对形式的元素。键唯一，值可以重复。Map的主要功能总结如下：
添加元素：put
删除元素：clear/remove
判断是否包含值\键：containsValue\ containsKey
判断是否为空：isEmpty
获取值\键的集合：get\keySet\values
获取长度：size
 
在此以HashMap为例演示集合的遍历：
 

package test;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Map.Entry;
import java.util.Set;

public class MapTest
{
public static void main(String[] args)
{
Map<Integer, String> map = new HashMap<Integer, String>();

map.put(1, "string1");
map.put(2, "string2");
map.put(3, "string3");
map.put(4, "string4");
map.put(5, "string5");

//遍历方法一：以键找值
Set<Integer> set = map.keySet();

for(Integer key : set)
{
String value = map.get(key);
System.out.println(key + " : " + value);
}

System.out.println("--------------------");
//删除元素
map.remove(2);
//判断是否为空
System.out.println(map.isEmpty());
//获取长度
System.out.println(map.size());

System.out.println("--------------------");

//遍历方法二：键值对对象

Set<Entry<Integer, String>> set2 = map.entrySet();

for(Map.Entry<Integer, String> entry : set2)
{
Integer key = entry.getKey();
String value = entry.getValue();

System.out.println(key + " + " + value);
}
}
}

Map的具体实现类及其特点简单概括如下：
（1）HashMap：基于哈希表的Map接口实现，哈希表的作用是用来保证键的唯一性的，要保证唯一性必须重写hashCode()和equals()方法；
（2）LinkedHashMap：基于哈希表和链接列表实现，具有可预知的迭代顺序，由哈希表保证键的唯一性，由链表保证键的有序性
（3）TreeMap：是基于红黑树的Map接口的实现，保证元素排序的方式有自然排序和比较器排序。