Java 中有哪些集合框架

本篇文章為大家展示了Java 中有哪些集合框架，內容簡明扼要并且容易理解，絕對能使你眼前一亮，通過這篇文章的詳細介紹希望你能有所收獲。

1. 為什么要使用集合

當我們在學習一個東西的時候，最好是明白為什么要使用這個東西，不要為了用而用，知其然而知其所以然。

集合，故名思議，是用來存儲元素的，而數組也同樣具有這個功能，那么既然出現了集合，必然是因為「數組的使用存在一定的缺陷」。

上篇文章已經簡單提到過，數組一旦被定義，就無法再更改其存儲大小。舉個例子，假設有一個班級，現在有 50 個學生在這個班里，于是我們定義了一個能夠存儲 50  個學生信息的數組：

1)如果這個班里面來了 10 個轉班生，由于數組的長度固定不變，那么顯然這個數組的存儲能力無法支持 60 個學生;再比如，這個班里面有 20  個學生退學了，那么這個數組實際上只存了 30  個學生，造成了內存空間浪費。總結來說，「由于數組一旦被定義，就無法更改其長度，所以數組無法動態的適應元素數量的變化」。

2)數組擁有 length 屬性，可以通過這個屬性查到數組的存儲能力也就是數組的長度，但是無法通過一個屬性直接獲取到數組中實際存儲的元素數量。

3)因為「數組在內存中采用連續空間分配的存儲方式」，所以我們可以根據下標快速獲的取對應的學生信息。比如我們在數組下標為 2 的位置存入了某個學生的學號  111，那顯然，直接通過下標 2 就能獲取學號 111。但是「如果反過來我們想要查找學號 111  的下標呢」?數組原生是做不到的，這就需要使用各種查找算法了。

4)另外，假如我們想要存儲學生的姓名和家庭地址的一一對應信息，數組顯然也是做不到的。

5)如果我們想在這個用來存儲學生信息的數組中存儲一些老師的信息，數組是無法滿足這個需求的，它只能存儲相同類型的元素。

為了解決這些數組在使用過程中的痛點，集合框架應用而生。簡單來說，集合的主要功能就是兩點：

• 存儲不確定數量的數據(可以動態改變集合長度)

• 存儲具有映射關系的數據

• 存儲不同類型的數據

不過，需要注意的是，「集合只能存儲引用類型(對象)，如果你存儲的是 int 型數據(基本類型)，它會被自動裝箱成 Integer  類型。而數組既可以存儲基本數據類型，也可以存儲引用類型」。

2. 集合框架體系速覽

與現代的數據結構類庫的常見情況一樣，Java 集合類也將接口與實現分離，這些接口和實現類都位于 java.util  包下。按照其存儲結構集合可以分為兩大類：

• 單列集合 Collection

• 雙列集合 Map

Collection 接口

「單列集合」 java.util.Collection：元素是孤立存在的，向集合中存儲元素采用一個個元素的方式存儲。

來看 Collection 接口的繼承體系圖：

Collection 接口中定義了一些單列集合通用的方法：

public boolean add(E e); // 把給定的對象添加到當前集合中 public void clear(); // 清空集合中所有的元素 public boolean remove(E e); // 把給定的對象在當前集合中刪除 public boolean contains(E e); // 判斷當前集合中是否包含給定的對象 public boolean isEmpty(); // 判斷當前集合是否為空 public int size(); // 返回集合中元素的個數 public Object[] toArray(); // 把集合中的元素，存儲到數組中

Collection 有兩個重要的子接口，分別是 List 和 Set，它們分別代表了有序集合和無序集合：

1)List 的特點是「元素有序、可重復」，這里所謂的有序意思是：「元素的存入順序和取出順序一致」。例如，存儲元素的順序是 11、22、33，那么我們從  List 中取出這些元素的時候也會按照 11、22、33 這個順序。List 接口的常用實現類有：

• 「ArrayList」：底層數據結構是數組，線程不安全

• 「LinkedList」：底層數據結構是鏈表，線程不安全

除了包括 Collection 接口的所有方法外，List 接口而且還增加了一些根據元素索引來操作集合的特有方法：

public void add(int index, E element); // 將指定的元素，添加到該集合中的指定位置上public E  get(int index); // 返回集合中指定位置的元素public E remove(int index); // 移除列表中指定位置的元素,  返回的是被移除的元素public E set(int index, E element); // 用指定元素替換集合中指定位置的元素

2)Set 接口在方法簽名上與 Collection  接口其實是完全一樣的，只不過在方法的說明上有更嚴格的定義，最重要的特點是他「拒絕添加重復元素，不能通過整數索引來訪問」，并且「元素無序」。所謂無序也就是元素的存入順序和取出順序不一致。其常用實現類有：

• 「HashSet」：底層基于 HashMap 實現，采用 HashMap 來保存元素

• 「LinkedHashSet」：LinkedHashSet 是 HashSet 的子類，并且其底層是通過 LinkedHashMap 來實現的。

至于為什么要定義一個方法簽名完全相同的接口，我的理解是為了讓集合框架的結構更加清晰，將單列集合從以下兩點區分開來：

• 可以添加重復元素(List)和不可以添加重復元素(Set)

• 可以通過整數索引訪問(List)和不可以通過整數索引(Set)

這樣當我們聲明單列集合時能夠更準確的繼承相應的接口。

Map 接口

「雙列集合」  java.util.Map：元素是成對存在的。每個元素由鍵(key)與值(value)兩部分組成，通過鍵可以找對所對應的值。顯然這個雙列集合解決了數組無法存儲映射關系的痛點。另外，需要注意的是，「Map  不能包含重復的鍵，值可以重復;并且每個鍵只能對應一個值」。

來看 Map 接口的繼承體系圖：

Map 接口中定義了一些雙列集合通用的方法：

public V put(K key, V value); // 把指定的鍵與指定的值添加到 Map 集合中。 public V remove(Object key); // 把指定的鍵所對應的鍵值對元素在 Map 集合中刪除，返回被刪除元素的值。 public V get(Object key); // 根據指定的鍵，在 Map 集合中獲取對應的值。 boolean containsKey(Object key); // 判斷集合中是否包含指定的鍵。 public Set<K> keySet(); // 獲取 Map 集合中所有的鍵，存儲到 Set 集合中。

Map 有兩個重要的實現類，HashMap 和 LinkedHashMap ：

① 「HashMap」：可以說 HashMap 不背到滾瓜爛熟不敢去面試，這里簡單說下它的底層結構，后面會開文詳細講解。JDK 1.8 之前  HashMap 底層由數組加鏈表實現，數組是 HashMap 的主體，鏈表則是主要為了解決哈希沖突而存在的(“拉鏈法” 解決沖突)。JDK1.8  以后在解決哈希沖突時有了較大的變化，當鏈表長度大于閾值(默認為  8)時，將鏈表轉化為紅黑樹，以減少搜索時間(注意：將鏈表轉換成紅黑樹前會判斷，如果當前數組的長度小于  64，那么會選擇先進行數組擴容，而不是轉換為紅黑樹)。

② 「LinkedHashMap」：HashMap 的子類，可以保證元素的存取順序一致(存進去時候的順序是多少，取出來的順序就是多少，不會因為 key  的大小而改變)。

LinkedHashMap 繼承自 HashMap，所以它的底層仍然是基于拉鏈式散列結構，即由數組和鏈表或紅黑樹組成。另外，LinkedHashMap  在上面結構的基礎上，增加了一條雙向鏈表，使得上面的結構可以保持鍵值對的插入順序。同時通過對鏈表進行相應的操作，實現了訪問順序相關邏輯。

OK，我們已經知道，Map中存放的是兩種對象，一種稱為 key(鍵)，一種稱為 value(值)，它倆在 Map 中是一一對應關系，這一對對象又稱做  Map 中的一個 「Entry」(項)。Entry 將鍵值對的對應關系封裝成了對象，即鍵值對對象。Map 中也提供了獲取所有 Entry 對象的方法：

public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet(); // 獲取 Map 中所有的 Entry 對象的集合。

同樣的，Map 也提供了獲取每一個 Entry 對象中對應鍵和對應值的方法，這樣我們在遍歷 Map  集合時，就可以從每一個鍵值對(Entry)對象中獲取對應的鍵與對應的值了：

public K getKey(); // 獲取某個 Entry 對象中的鍵。 public V getValue(); // 獲取某個 Entry 對象中的值。

下面我們結合上述所學，來看看 Map 的兩種遍歷方式：

1)「遍歷方式一：根據 key 找值方式」

• 獲取 Map 中所有的鍵，由于鍵是唯一的，所以返回一個 Set 集合存儲所有的鍵。方法提示：keyset()

• 遍歷鍵的 Set 集合，得到每一個鍵。

• 根據鍵，獲取鍵所對應的值。方法提示：get(K key)

public static void main(String[] args) {     // 創建 Map 集合對象      HashMap<Integer, String> map = new HashMap<Integer,String>();     // 添加元素到集合      map.put(1, "小五");     map.put(2, "小紅");     map.put(3, "小張");      // 獲取所有的鍵  獲取鍵集     Set<Integer> keys = map.keySet();     // 遍歷鍵集 得到 每一個鍵     for (Integer key : keys) {         // 獲取對應值         String value = map.get(key);         System.out.println(key + "：" + value);     }   }

這里面不知道大家有沒有注意一個細節，keySet 方法的返回結果是 Set。Map 由于沒有實現 Iterable 接口，所以不能直接使用迭代器或者  for each 循環進行遍歷，但是轉成 Set 之后就可以使用了。至于迭代器是啥請繼續往下看。

2)「遍歷方式二：鍵值對方式」

• 獲取 Map 集合中，所有的鍵值對 (Entry) 對象，以 Set 集合形式返回。方法提示：entrySet()。

• 遍歷包含鍵值對 (Entry) 對象的 Set 集合，得到每一個鍵值對 (Entry) 對象。

• 獲取每個 Entry 對象中的鍵與值。方法提示：getkey()、getValue()

// 獲取所有的 entry 對象 Set<Entry<Integer,String>> entrySet = map.entrySet();  // 遍歷得到每一個 entry 對象 for (Entry<Integer, String> entry : entrySet) {     Integer key = entry.getKey();     String value = entry.getValue();       System.out.println(key + ":" + value); }

3. 迭代器 Iterator什么是 Iterator

在上一章數組中我們講過 for each 循環：

for(variable : collection) {     // todo }

collection 這一表達式必須是一個數組或者是一個實現了 Iterable 接口的類對象。可以看到 Collection 這個接口就繼承了  Itreable 接口，所以所有實現了Collection 接口的集合都可以使用 for each 循環。

我們點進 Iterable 中看一看：

它擁有一個 iterator 方法，返回類型是 Iterator，這又是啥，我們再點進去看看：

又是三個接口，不過無法再跟下去了，我們去 Collection 的實現類中看看，有沒有實現 Itreator 這個接口，隨便打開一個，比如  ArrayList ：

從源碼可知：Iterator 接口在 ArrayList 中是以「內部類」的方式實現的。并且，Iterator 實際上就是在遍歷集合。

所以總結來說：我們可以通過 Iterator 接口遍歷 Collection 的元素，這個接口的具體實現是在具體的子類中，以內部類的方式實現。

這里提個問題，「為什么迭代器不封裝成一個類，而是做成一個接口」?假設迭代器是一個類，這樣我們就可以創建該類的對象，調用該類的方法來實現  Collection的遍歷。

但事實上，Collection  接口有很多不同的實現類，在文章開頭我們就說過，這些類的底層數據結構大多是不一樣的，因此，它們各自的存儲方式和遍歷方式也是不同的，所以我們不能用一個類來規定死遍歷的方法。我們提取出遍歷所需要的通用方法，封裝進接口中，讓  Collection 的子類根據自己自身的特性分別去實現它。

看完上面這段分析，我們來驗證一下，看看 LinkedList 實現的 Itreator 接口和 ArrayList 實現的是不是不一樣：

顯然，這兩個雖然同為 Collection 的實現類，但是它們具體實現 Itreator 接口的內部過程是不一樣的。

Iterator 基本使用

OK，我們已經了解了 Iterator 是用來遍歷 Collection 集合的，那么具體是怎么遍歷的呢?

答：「迭代遍歷」!

解釋一下迭代的概念：在取元素之前先判斷集合中有沒有元素，如果有，就把這個元素取出來，再繼續判斷，如果還有就再繼續取出來。一直到把集合中的所有元素全部取出。這種取出方式就稱為迭代。因此Iterator  對象也被稱為「迭代器」。

也就是說，想要遍歷 Collection 集合，那么就要獲取該集合對應的迭代器。如何獲取呢?其實上文已經出現過了，Collection 實現的  Iterable 中就有這樣的一個方法：iterator

再來介紹一下 Iterator 接口中的常用方法：

public E next(); // 返回迭代的下一個元素。 public boolean hasNext(); // 如果仍有元素可以迭代，則返回 true

舉個例子：

public static void main(String[] args) {     Collection<String> coll = new ArrayList<String>();      // 添加元素到集合     coll.add("A");     coll.add("B");     coll.add("C");     // 獲取 coll 的迭代器     Iterator<String> it = coll.iterator();     while(it.hasNext()){ // 判斷是否有迭代元素         String s = it.next(); // 獲取迭代出的元素         System.out.println(s);     } }

當然，用 for each 循環可以更加簡單地表示同樣的循環操作：

Collection<String> coll = new ArrayList<String>(); ... for(String element : coll){     System.out.println(element); }

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